Способ контроля расхода рабочей жидкости в гидроприводах горных машин и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК E21C35/24 

Ф.7

Изобретение относится к автоматическому управлению горными машинами и может быть использовано для автоматизации управления их гидроприводами.

Целью предлагаемого изобретения яв- ляется повышение точности контроля за счет компенсации влияния изменения температуры рабочей жидкости на чувствительный элемент.

На фиг. 1 изображена функциональная

рования соединен с выходом источника 21 эталонного напряжения.

Ключ 25 связан информационным входом и выходом соответственно с входом и выходом интегратора 22. Счетчик 26 связан выходом с входом одновибратора 27 и управляющим входом ключа 23. Одновибра- тор 27 связан выходом с управляюш.им входом ключа 25. При этом первый вход счетчика информационный и является персхема устройства контроля расхода рабочей 0 вым входом функционального генератора.

жидкости в гидроприводах горных машин; на фиг. 2 - функциональная схема функционального генератора; на фиг. 3 - функциональная схема блока выборки-хранения;

а второй вход счетчика - обнуляющий и является вторым входом функционального генератора.

Блок выборки-хранения (фиг. 3) содерна фиг. 4 - силы, действующие на чув- аналого-цифровой преобразователь 28,

ствительныи элемент в двух крайних положениях; на фиг. 5 - диаграмма работы устройства.

Устройство контроля расхода рабочей жидкости в гидроприводах горных машин состоит из следуюших функциональных эле- 20 ментов и блоков (фиг. ).

Чувствительный элемент 1 выполнен в виде консольно закрепленной упругой балки из ферромагнитного материала, на конце которой расположено рабочее тело крыло- 25 видной формы 2. Два соосно расположенных электромагнита 3 и 4 установлены таким образом, что ось, проходящая через их сердечники, перпендикулярна широкой грани чувствительного элемента 1. Катушки

вход которого является входом блока выборки-хранения, связан своим выходом с информационным входом регистра 29. Управляющий вход регистра 29 является управляющим входом блока выборки-хранения, а выход - выходом последнего.

Блок выделения переменной составляющей напряжения может представлять собой, например, в простейшем варианте дифференцирующую КС-цепочку.

Устройство работает следующим образом.

Пусть триггер 19 (фиг. 1) находится в начальный момент времени в произвольном состоянии. Например, на первом выходе «1, а на втором «О. В этом случае на управляющий вход ключа 7 (фиг. 1) приходит «1

электромагнитов 3 и 4 соединены через из- 30 и ключ замыкается. На второй вход блока 15

мерительные резисторы 5 и 6 с выходами ключей 7 и 8. Измерительные резисторы 5 и 6 соединены соответственно с входами блоков 9 и 10 выделения переменной составляющей напряжения. Выходы блоков 9 и 10 соединены с входами соответствующих пороговых блоков 11 и 12, выходы которых соединены соответственно с входами счетчиков 13 и 14, а также с управляющими входами функциональных генераторов 15 и 16. Выходы счетчиков 13 и 14 соединены соответственно с управляющими входами блоков 17 и 18 выборки-хранения, а также с входами триггера 19. Выходы блоков 17 и 18 соединены с соответствующими входами блока 20 вычитания, а выходы триггера 19 соединены соответственно с управ- ляющими входами блоков 15 и 16, а также с управляюнхими входами ключей 7 и 8.

Выходы блоков 15 и 16 соединены с информационными входами ключей 7 и 8, а

также поступает «1. Вторым входом блока 15 служит второй вход счетчика 26 (фиг. 2). Этот вход счетчика является обнуляющим. На выходе счетчика 26 по-прежнему «О. Поэтому ключ 23 разомкнут. На вход 35 блока 24 суммирования приходит постоянный сигнал с источника 21 эталонного напряжения. Выход 6vTOKa 24 суммирования является выходом функционального генератора. Поэтому на информационный вход ключа 7 приходит постоянный сигнал, который проходит через измерительный резистор 5 и попадает на обмотку электромагнита 3. Электромагнит создает магнитное поле, силовые линии которого замы- каются через чувствительный элемент 1, который притягивается к сердечнику электромагнита 3. В этот момент происходит бросок напряжения на измерительном резисторе 5. Этот бросок выделяется блоком 9 выделения переменной составляющей напряжения. В результате на выходе блока 1

40

также с информационными входами блоков 50 появляется импульс. Этот импульс игнори- 17 и 18.

Функциональный генератор может быть устроен следующим образом (фиг. 2).

Источник 21 эталонного напряжения соединен своим выходом с входом интегратора 22, выход которого соединен с инфор- рой импульс. Счетчик 26 (фиг. 2) осуще- мационным входом ключа 23, выход кото-ствляет деление на 2. Поэтому второй имрого соединен с одним из входов блокапульс на блоке 11 вызовет изменение состоясуммирования. Второй вход блока 24 сумми-ния выхода счетчика 26 (на нем появится

руется. В момент, когда чувствительный элемент ударится о сердечник электромагнита и прилипнет к нему, на измерительном резисторе 5 опять произойдет всплеск напряжения и поэтому блок 11 выдает вторования соединен с выходом источника 21 эталонного напряжения.

Ключ 25 связан информационным входом и выходом соответственно с входом и выходом интегратора 22. Счетчик 26 связан выходом с входом одновибратора 27 и управляющим входом ключа 23. Одновибра- тор 27 связан выходом с управляюш.им входом ключа 25. При этом первый вход счетчика информационный и является первым входом функционального генератора.

а второй вход счетчика - обнуляющий и является вторым входом функционального генератора.

Блок выборки-хранения (фиг. 3) содер т аналого-цифровой преобразователь 28,

вход которого является входом блока выборки-хранения, связан своим выходом с информационным входом регистра 29. Управляющий вход регистра 29 является управляющим входом блока выборки-хранения, а выход - выходом последнего.

Блок выделения переменной составляющей напряжения может представлять собой, например, в простейшем варианте дифференцирующую КС-цепочку.

Устройство работает следующим образом.

Пусть триггер 19 (фиг. 1) находится в начальный момент времени в произвольном состоянии. Например, на первом выходе «1, а на втором «О. В этом случае на управляющий вход ключа 7 (фиг. 1) приходит «1

и ключ замыкается. На второй вход блока 15

также поступает «1. Вторым входом блока 15 служит второй вход счетчика 26 (фиг. 2). Этот вход счетчика является обнуляющим. На выходе счетчика 26 по-прежнему «О. Поэтому ключ 23 разомкнут. На вход 5 блока 24 суммирования приходит постоянный сигнал с источника 21 эталонного напряжения. Выход 6vTOKa 24 суммирования является выходом функционального генератора. Поэтому на информационный вход ключа 7 приходит постоянный сигнал, который проходит через измерительный резистор 5 и попадает на обмотку электромагнита 3. Электромагнит создает магнитное поле, силовые линии которого замы- каются через чувствительный элемент 1, который притягивается к сердечнику электромагнита 3. В этот момент происходит бросок напряжения на измерительном резисторе 5. Этот бросок выделяется блоком 9 выделения переменной составляющей напряжения. В результате на выходе блока 1

0

появляется импульс. Этот импульс игнори-

рой импульс. Счетчик 26 (фиг. 2) осуще- ствляет деление на 2. Поэтому второй имруется. В момент, когда чувствительный элемент ударится о сердечник электромагнита и прилипнет к нему, на измерительном резисторе 5 опять произойдет всплеск напряжения и поэтому блок 11 выдает вто«1). От этого сигнала сработает одновиб- ратор 27, который на короткое время замкнет ключ 25 и обнулит интегратор 22, а также замкнется ключ 23. После этого на выходе интегратора 22 сигнал станет линейно уменьшаться в отрицательную область.

На выходе блока 24 суммирования напряжение будет линейно уменьшаться, начиная со значения выходной величины источника 21 (фиг. 5). В момент, когда электромагнитная сила, действующая на чувствительный элемент 1, сравняется с силой, действуюш.ей в противоположном направлении, произойдет «отпускание чувствительного элемента от торца сердечника элек- тромагнита. В этот момент произойдет еще один бросок напряжения на измерительном резисторе 5. Поэтому на выходе блока 11 появится еще один импульс. Счетчик 13 осуществляет деление на 3. При приходе на вход счетчика 13 третьего импульса, на его выходе появится «1, которая переключит триггер 19 и попадет на управляющий вход блока 17. В блоке 17 непрерывно происходит преобразование величины напряжения, поступающего с выхода блока 15 в код. Однако выход АЦП 28 переписывается в регистр 29 лишь при разрешении на выходе блока 13. Таким образом, в момент «отпускания величина сигнала на выходе блока 15 запишется в блоке 17 выборки-хранения. Триггер 19, переключившись, вернет блок 15 в исходное состояние и разомкнет ключ 7. Поэтому на обмотке электромагнита напряжение будет отсутствовать.

На втором выходе триггера 19 появилась «1, которая замкнет ключ 8. На обмотке электромагнита 4 появится напряжение. Аналогичным образом произойдет притягивание чувствительного элемента 1 к сердечнику электромагнита 4. В блоках 6, 8, 10, 12, 14, 16 и 18 произойдут аналогичные описанным процессы. В блоке 18 выборки- хранения запишется значение напряжения, при котором произошло «отпускание чувствительного элемента 1 от сердечника электромагнита 4.

На вход блока 20 вычитания придут сигналь с блоков выборки-хранения, которые были на обмотках электромагнитов в моменты «отлипания от них чувствительного элемента. На фиг. -4 показаны силы, действующие на чувствительный элемент в момент «отлипания от сердечника электромагнита. Сумма сил в этот момент должна быть равна нулю. Уравнения второго закона Ньютона для обоих случаев имеют вид

F.i + F,-F,0; Fy-F,,

(1)

где fai и 32 - силы, действующие на чувствительный элемент со стороны электромагнитов 3 и 4;

Fn - подъемная сила, действующая на чувствительный элемент со стороны потока рабочей жидкости и пропорциональная его скорости; F,/ - сила упругости, возникаюшая в чувствительном элементе при его притяжении к сердечнику электромагнита. Так как сердечники электромагнитов 3 0 и 4 находятся на одинаковом расстоянии от чувствительного элемента, силы упругости, возникающие в чувствительном элементе, будут равны по модулю и противоположны по направлению.

с Сложив два уравнения системы (I) получим следующее уравнение:

F-n- F- -2 2Fn(2)

Поэтому ясно, что подав сигналы с вы0 ходов блоков 17 и 18 (фиг. 1) на в.ходы блока вычитания, на выходе получим сигнал, пропорциональный подъемной силе, действующей на рабочее тело, а значит но величине этого сигнала можно судить о величи, не расхода рабочей жидкости.

Далее весь цикл измерений повторяется. Изменяя постоянную времени интегратора 22 (фиг. 2), можно регулировать частоту повторения измерений. Из уравнения (2) видно, что измеряемая величина не за0 висит от величины силы упругости, действующей на чувствительный элемент. Таким образом, изменение свойств чувствительного элемента из-за нагрева рабочей жидкости или вследствие других причин, не внесет погрешности в измерения. Ясно также,

5 что напряжение источника 21 (фиг. 2) можно устанавливать любым в пределах, допустимых характеристиками элементов, на которых собрано устройство. Значит выходное напряжение можно получить достаточно большим, чтобы отказаться от усилительного

0

5

тракта, что также является оольпшм преимуществом устрбйства в условиях работы fia горной машине.

Устройство может быть- реализовано на микросхемах 140, 561, 176 серий.

Формула изобретения

1. Способ контроля расхода рабочей жидкости в гидроприводах горных .машин, за- ключаюшийся в преобразовании скорости

движения жидкости в изгибающий момент, создаваемый на упругом чувствительном элементе, и измерении этого момента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет компенсации влияния изменения температуры рабочей жидкости на чувствительный элемент, задают две фиксированные величины деформации упругого чувствительного элемента, воздействуют на чувствительный элемент внешним момен1/3 /7С7на 79

1/3 S/70, iC/ f/i/Z)

Изобретение относится к автоматическому управлению горными машинами. Цель- повышение точности контроля за счет компенсации влияния изменения т-ры рабочей жидкости на чувствительный элемент (ЧЭ). Для этого задают две фиксированные величины деформации упругого ЧЭ и воздействуют на ЧЭ внешним моментом (ВМ). При достижении ЧЭ деформации первой ранее заданной фиксированной величины (ФВ) {W начинают линейно уменьшать ВД . А омент времени начала уменьшения деформации ЧЭ ниже ранее заданной первой ФВ фиксируют. Измеряют и заполняют величину ВМ, действующего на ЧЭ в данный момент. Затем изменяют направление В.М на противоположное и контролируют достижен1 е деформации ЧЭ второй ранее заданной ФВ. Линейно уменьшают ВМ и фиксируют момент времени начала уменьшения деформации ЧЭ ниже второй ранее заданной ФВ. В этот момент времени измеряют и запоминают величину ВМ, действующего на ЧЭ. По абсолютному значению разности величин заполненных ВМ судят о величине расхода рабочей жидкости. Устр-во для реализации способа содержит соосно расположенные электромагниты 3, 4, оси сердечников которых перпендикулярны широким граням ферромагнитного ЧЭ 1. Катушки электромагнитов 3, 4 соединены через измерительные резисторы 5, 6 с выходами ключей 7 и 8. Резисторы 5, 6 и катушки электромагнитов 3, 4 подключены через последовательно соединенные блоки 9, 10 выделения переменной составляющей напряжения, пороговые блоки 11, 12, счетчики 13, 14 и блоки 17, 18 выборки-хранения к входам блока 20 вычитания. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. (О (Л О5 О5 со f Ш-J

фиг. Z

из S OHo/Sfj

28

у / / / .

i/3 5лоно /J//4)

29

3 S/70H 20 -

фиг. 3

сригЛ

блоп 19

Н(2}

/3ff4}

B/70fi /5ff6

д/Ш

i

иг, 5