Пневматический усилитель Советский патент 1981 года по МПК F15B3/00 

(54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

1

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике, в частности к пневматическим устройствам управления, например пневматическим усилителям по давлению и мощности.

Наиболее близким к предлагаемому является пневматический усилитель, содержащий две камеры и размещенные в них упругие мембраны,, делящие каждую камеру на две полости, и закрепленные на каждой мембране соосные жесткие центры, взаимодействующие между собой через центральный канал в корпусе усилителя, каналы подвода и отвода рабочей среды в полости, клапаны, взаимодействующие с каналами подвода и отвода рабочей среды в полости со стороны щтока 1.

Недостатком данного устройства является то, что у него ограничены функциональные возможности (является только усилителем давления), имеет относительно малый коэффициент усиления и повышенные утечки рабочей среды в клапанной паре при некоторых условиях работы устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, увеличение коэффициента усиления по давлению и мощности и сокращение непроизводительности расхода рабочей среды.

Эта цель достигается тем, что каждый из клапанов выполнен в виде упругой пластины, один конец которой закреплен на корпусе усилителя, а на другом установлен уплотнительный элемент, взаимодействующий с торцом канала подвода или отвода рабочей среды в полость, жесткие центры мембран имеют общий шток, который выполнен ступенчатым и взаимодействующим с упругими пластинами при открытии клапанов.

На фиг. 1 показан усилитель, выполняющий функции реле переключения, продольный разрез; на фиг. 2 - один из клапанов устройства, вид сверху; на фиг. 3 - вариант усилителя в виде компенсационного преобразователя механического усилия в пневматический сигнал; на фиг. 4 - устройство, вариант компенсационного преобразователя с обратным ходом заслонки; на фиг. 5 - устройство, вариант регулятора соотношения двух сигналов; на фиг. 6 - устройство, вариант повторителя сигнала; на фиг. 7 - устройство, вариант повторителя сигнала со сдвигом; на фиг. 8 - устройство, вариант использования в качестве позиционера или редуктора. Пневматический усилитель (см. фиг. 1) содержит две камеры 1 и 2, в которых размещены две упругие мембраны 3 и 4, каждая из которых делит камеры 1 и 2 на надмембранную полость 5 и 6 и подмембранную полость 7 и 8 соответственно. На каждой мембране 3 и 4 закреплены соосно жесткие центры 9 и 10. Последние взаимодействуют между собой через центральный канал 11 в корпусе 12 усилителя. В последнем выполнены канал 13 подвода рабочей среды в подмембранную полость 8, канал 14 подвода рабочей среды в надмембранную полость 5 и канал 15 отвода рабочей среды из подмембранной полости 8. В подмембранных полостях 7 и 8 размещены клапаны 16 и 17 соответственно. Каждый из этих клапанов выполнен в виде упругой пластины 18 и 19 соответственно, один конец каждой пластины закреплен на корпусе 12 (см. фиг. 2), а на другом конце каждой пластины установлен уплотнительный элемент 20 и 21 соответственно. Уплотнительный элемент 20 взаимодействует с торцом канала 15 отвода рабочей среды, а уплотнительный элемент 21 с торцом канала 13 подвода рабочей среды. Жесткие центры 9 и 10 йембран 3 и 4 имеют общий щток 22, который выполнен ступенчатым и взаимодействующим с упругими пластинами 18 и 19 при открытии клапанов 16 и 17. Взаимодействие обеспечивается за счет того, что утонченная часть штока 22 проходит в фигурное отверстие 23 (см. фиг. 2), например, упругой пластины 19. В предлагаемом устройстве в надмембранной полости установлена пружина 24. Рабочая среда из подмембранной полости 8 может удаляться через канал 25 отвода рабочей среды. В варианте на фиг. 5, 6 и 7 в надмембранной полости 6 выполнен дополнительный канал 26 подвода рабочей среды, а в варианте на фиг. 8 - канал 27, через который введен щток 28 передачи усилия на мембрану 4. На фиг. 3 и 4 усилитель с помощью сопла 29 взаимодействует с заслонкой 30, установленной на рычаге 31, который находится под воздействием внешнего механического усилия Р i: сильфона 32, к которому подведено давление обратной связи от канала 25 отвода рабочей среды. Устройство работает следуюшим образом. При равенстве усилия со стороны пружины 24 (см. фиг. 1)куправляющего усилия, действующего со стороны канала 14 подвода рабочей среды, клапаны 16 и 17 закрыты При этом на выход, со «тороны канала 25 отвода рабочей среды, подается определенный сигнал. При увеличении управляющего усилия со стороны канала 14 подвода рабочей среды щток 22 перемещается вверх. При этом шток 22 упирается утолщенной частью в упругую пластину 19 и открывает клапан 17, благодаря чему увеличивается подача рабочей среды по каналу 13 подвода в подмембранную полость 8. При уменьшении управляющего усилия со стороны канала 14 подвода рабочей среды шток 22 под деист-, вием пружины 24 перемещается вниз. При этом открывается клапан 16 и рабочая среда из подмембранной полости 8 устраняется в канал 15 подвода рабочей среды. Таким образом, обеспечивается три устойчивых положения устройства, когда oda клапана 16 и 17 закрыты, открыт только клапан 16 или открыт только клапан 17. Благодаря этому свойству конструкции исключается непроизводительный расход рабочей среды в период, когда оба клапана 16 и 17 закрыты. При использовании усилителя в схеме, -изображенной на фиг. 3, рабочая среда подается через дроссель (не обозначен) в сопло 29, в надмембранную полость 5 и в канал 13 подвода рабочей среды. При возрастании механического усилия; действующего на рычаг 31, заслонка 30 перекрывает сопло 29, благодаря чему возрастает давление в надмембранной полости 5. При этом происходит открь1тие клапана 17, что вызывает повышение давления в подмембранной полости 8, а следовательно, и в сильфоне 32. Последнее вызывает обратное перемещение рычага 31 до компенсации усилия. Это же давление может быть подано на вторичный прибор (не показан). При уменьшении механического усилия взаимодействие элементов устройства протекает в обратном порядке. В тех случаях, когда по конструктивным соображениям необходимо, чтобы при увеличении механической нагрузки происходило не закрытие, а открытие сопла 29, может быть использован вариант подключения .усилителя с обратным ходом заслонки 30 (см. фиг. 4-). Когда усилитель используется в качестве регулятора соотношения двух сигналов, подаваемых в надмембранные полости 5 и 6 (см. фиг. 5), то при нарушении равновесия в положении мембран 4 и 3 одна из них перемещается и происходит открытие клапана 16 или 17 штоком 22. При этом изменяется давление в подмембранной полости 8, что служит сигналом для соответствующего исполнительного органа (не показан). Аналогичным образом пневматический усилитель работает в случае его использования в качестве повторителя, когда величина давления, подаваемого в надмембранную полость 5, повторяется на выходе из канала 25 отвода рабочей среды (см. фиг. 6). Для этого необходимо давление из канала 25 отвода рабочей среды подать к каналу 26. Если же пневматический усилитель используется в качестве повторителя со сдвигом уровня сигнала на его выходе то соответствующий сдвиг выполняется путем установки пружины 24, например, в надмембранную полост|, б устройства, подключенного по схеме фиг. 7. Равновесие мембран 3 и 4 в схеме осуществляется за счет дополнительного усилия пружины 24, действующей на жесткий центр 10. Применение усилителя в качестве позиционера -или редуктора показано на фиг. 8. При воздействии механического усилия на шток 28 нарушается равновесие в положении штока 22, в результате чего усилитель выдает сигнал, пропорциональный усилию, возникающему при деформации пружины 24. Предлагаемый усилитель может быть использован для выполнения им различных функций с увеличенным коэффициентом усиления по давлению и мощности и сокращенным непроизводительным расходом рабочей среды. Формула изобретения Пневматический усилитель, содержащий две камеры и размещенные в них упругие мембраны, делящие каждую камеру на две

f5

Фиг.1 ПОЛОСТИ, и закрепленные на каждой мембране соосные жесткие центры, взаимодействующие между собой через центральный канал в корпусе усилителя, каналы подвода и отвода рабочей среды в полости, клапаны, взаимодействующие с каналами подвода и отвода рабочей среды в полости со стороны штока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, увеличения коэффициента усиления по давлению и мощности и сокрашения непроизводительного расхода рабочей среды, каждый из клапанов выполнен в виде упругой пластины, один конец которой закреплен на корпусе усилителя, а на другом установлен уплотнительный элемент, взаимодействующий с торцом канала подвода или отвода рабочей среды в полость, жесткие центры мембран имеют общий шток, который выполнен ступенчатым и взаимодействукзщим с упругими пластинами при открытии клапанов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 2102226, кл. F 15 В 3/00, 1972.

.б