Электрогидравлический усилитель Советский патент 1991 года по МПК F15C1/04 G05D1/02 

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для использования в элементах гидравлических цепей.

Цель изобретения - увеличение быстродействия.

На фиг. 1 показана конструктивная схема электрогидравлического усилителя, на фиг. 2 (а, б) - динамические характеристики известного и предлагаемого устройств

Электрогидравлический усилитель содержит внешний электрод 1 в виде металлического корпуса квадратного сечения, входной 2, выходной 3 штуцеры, расширительный патрубок 4, внутренний вкладыш 5 из диэлектрического материала, который установлен соосно с внешним электродом и имеет каналы, выполненные в виде шлице- вых вырезов, по дну которых укладывается металлическая лента-электрод 6. поверх которой наматывается трибоэлектризатор 7 в

виде электропроводной ленты через траверсу 8, жестко соединенную с сеткой 9, первый дополнительный источник 10 напряжения, положительный полюс которого соединен с выходным штуцером 3, а отрицательный полюс - с положительным полюсом второго дополнительного источника 11 напряжения, чей отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом источника 12 управляющего напряжения.

Устройство работает следующим образом

Поток рабочей жидкости через входной штуцер 2 проходит по каналам образованным поверхностью внешнего электрода 1, стенками шлицевых вырезов во вкладыше 5 и поверхностью трибоэлектризатора 7, где заряжается вследствие электрокинетических явлений. Заряжаемый поток жидкости выносится в расширительный патрубок 4 и.

ё

О

о о а

а

проходя через сетку 9 в штуцер 3, идет на слив,

Поскольку управляющие напряжения Uy 0 (от источника 12), то между штуцером 3 и сеткой 9 оказываются включенными согласно два дополнительных источника Ui и Uz, причем между штуцером 3 и сеткой 9 приложено напряжение Ui + U2 (с - на сетке). Внутреннее сопротивление (Ui 0) близко к 0.

Между электродами 1 и 6 приложено напряжение U2 дополнительного источника, причем + на внутреннем электроде 6. При такой полярности на рабочих электродах 1 и б ЭГД воздействие на поток отсутствует.

Величины Ui и U2 выбираются примерно равными и не изменяются в процессе управления, хотя и могут иметь подстройку в необходимых пределах для настройки рабочей точки.

При подаче управляющего напряжения величина 1)у выбирается из условия Uy 1)г, При таком условии между рабочими электродами 1 и 6 оказывается приложенным напряжение Ui + U2, причем поскольку Uy U2, го на рабочий электрод 6 подается отрицательный потенциал.

При этом возникает униполярный поток ионов, турбулизирующих поток рабочей жидкости, что увеличивает гидравлическое сопротивление канала, а следовательно, создается перепад давлений, служащий выходным сигналом.

Как показали эксперименты, при сильных управляющих электрических полях (U2 30 кВ, Uyn,ax 60 кВ) нити трибоэлек- тризатора деформируются и вытягиваются в направлении к электроду 1. Этим достигается положительный эффект, поскольку резко возрастает гидравлическое сопротивление проточной части. Кроме полной составляющей, тормозящее действие на поток оказывают и деформированные нити.

Выходная гидравлическая мощность такого усилителя оказывается высотой (около 200 Вт).

Однако этот положительный эффект имеет отрицательную сторону; время релаксации электрического заряда на нитях исчисляется десятками секунд (в зависимости от материала трибозлектризатора), что резко снижает быстродействие усилителя и частотную полосу (так в известном устройстве при снятии управляющего напряжения время восстановления нитей составляет около 2с).

В таком состоянии между сеткой 9 и штуцером 3 приложено напряжение Ui U2 - Uv.

Поскольку Ui L)2. a Uymax подбирается примерно равным 2U2, то оказывается, что между сеткой 9 и штуцером 3 разность потенциалов отсутствует. В этом положении электростатическое взаимодействие между сеткой 9 и штуцером 3 отсутствует, и траверсу 8 нити под действием электрического поля притягивает к электроду 1.

При снятии управляющего напряжения (Uy - 0) между рабочими электродами приложено электрическое напряжение U2 с обратной полярностью ( на электроде 6).

Трибоэлектризатор при этом начинает

активно и резко притягиваться к электроду 6. увеличивая проходное сечение проточной части. Кроме того, между штуцером 3 и сеткой 9 оказывается приложенным напряжение Ui + U2 (+ на штуцере 3). Между

штуцером 3 и сеткой 9 возникает сила электростатического взаимодействия

25

с -

Г г.

2 И

где г0 электрическая постоянная:

F - относительная диэлектрическая проницаемость;S - площадь сетки 9;

I - расстояние между сеткой 9 и штуцером 3.

При возникновении этой силы траверса 8. соединенная с сеткой 9. отходит от электро- да 6 к штуцеру 3 и натягивает трибоэлектри- затор 7.

Таким образом, при снятии управляющего напряжения Uy быстродействие усили теля повышается за счет двух факторов. движения сетки 9-к штуцеру 3 под действием силы F и движения трибоэлектризатора 7 непосредственно к электроду 6 под действием электрического поля дополнительного источника смещения U2.

Быстродействие при снятии управляю щего напряжения практически не зависит от времени релаксации материала нитей, поскольку быстродействие при снятии Uy определяется величинами U2 и U ь

Как показали эксперименты, быстродействие по заднему фронту по сравнению с прототипом (фиг. 2а), где оно составляло порядка 90-110 мс, в предлагаемом изобретении лежит в пределах 30-40 мс (фиг. 26). т.е. увеличено в 2-3 раза, что позволит расширить частотный диапазон электрогидрав лического усилителя, а следовательно и область его применения.

Формула изобретения Электрогидравлический усилитель, содержащий внешний электрод, выполненный в виде корпуса с входным и выходным штуцерами, в котором установлены электрический затвор в виде металлической сетки, элемент для трибоэлектризации жидкости и внутренний электрод, и также управляющий источник напряжения, причем элемент трибоэлектризации выполнен в виде электропроводной проволоки, намотанной на внутренний электрод, а внешний электрод и сетка электрического затвора соединены с положительным полюсом управляющего источника напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения

5

быстродействия, он содержит два дополнительных источника напряжения, а в корпусе выполнен расширительный патрубок, боковые стенки которого выполнены из диэлектрика, сетка электрического затвора размещена в расширительном патрубке корпуса и через траверсу соединена с элементом для трибоэлектризацим. причем выходной штуцер соединен с положительным полюсом первого дополнительного источника напряжения, внутренний электрод соединен с положительным полюсом оторого дополнительного источника напряжения отрицательный полюс которого соединен с отрицательным полюсом управляющего источника напряжения.

Изобретение относится к технике автоматического управления и предназначено для использования в элементах гидравлических цепей. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Электрогидравлический усилитель содержит два дополнительных источника напряжения 10 и 11. Сетка 9 электрокинетического затвора соединена с трибоэлектризатором 7. С помощью траверсы 8 в корпусе 1 выполнен расширительный патрубок 4 с диэлектрическими стенками. Сетка 9 размещена в патрубке 4. Штуцер 3 соединен с положительным полюсом источника 10, электрод 6 - с положительным полюсом источника 11, отрицательный полюс которого соединен с отрицательным полюсом источника напряжения 12. Быстродействие усилителя увеличено в 2 - 3 раза, что позволит расширить его частотный диапазон. 2 ил.

Выход

12

Фиг. 2