Интегро-дифференцирующее устройство

 

Интегро-дифференцирующее устройство относится к средствам автоматики и может быть использовано в механических, гидравлических и пневматических установках систем автоматического управления и регулирования различного назначения для улучшения их динамических показателей. Цель изобретения - расширение области применения. В устройстве двухседельный клапан выполнен в виде двух регулирующих элементов: первого 20, второго 21 и штока 19с резьбой на концах. На штоке установлены подпружиненные пружинами 22 седла 23 и 24. Элемент 20 связан с направляющей 32, жестко закрепленной на фланце 3. В элементе 21 и на конце штока 19 со стороны, противоположной фланцу 3, выполнены поперечные пазы. Настроечный механизм состоит из сильфона 26, один торец которого соединен с фланцем 3, а другой - с фланцем 27, связанным через фиксатор 29 с цилиндрической направляющей втулкой 28. Во фланце 27 установлены коаксиально внутренний 30 и наружный 31 регулировочные винты, имеющие в торцах, размещенных в сильфЪне, выступы для сопряжения с пазами элемента 21 и штока 19. Устройство позволяет повысить гибкость в формировании сигналов регулирования, обеспечивает большие удобства при настройке и использовании . 2 ил. ЈЛ С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 06 6 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЬЭ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1585806 (21) 4689717/24 (22) 12.05,89 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (75) А.М.Божок (53) 621 — 528(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1076891, кл. G 06 G 5/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Q 1585806, кл. G 06 G 5/00, 1989. (54) ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО (57) Интегро-дифференцирующее устройство относится к средствам автоматики и может быть использовано в механических, гидравлических и пневматических установках систем автоматического управления и регулирования различного назначения для улучшения их динамических показателей.

Цель изобретения — расширение области применения. В устройстве двухседельный

„„Ы.1 „„1683040 А2 клапан выполнен в виде двух регулирующих элементов: первого 20, второго 21 и штока

19 с резьбой на концах. На штоке установлены подпружиненные пружинами 22 седла

23 и 24. Элемент 20 связан с направляющей

32, жестко закрепленной на фланце 3, В элементе 21 и на конце штока 19 со стороны, противоположной фланцу 3, выполнены поперечные пазы, Настроечный механизм состоит из сильфона 26, один торец которого соединен с фланцем 3, а другой — с фланцем

27, связанным через фиксатор 29 с цилиндрической направляющей втулкой 28, Во фланце 27 установлены коаксиально внутренний 30 и наружный 31 регулировочные винты, имеющие в торцах, размещенных в сильфоне, выступы для сопряжения с пазами элемента 21 и штока 19. Устройство позволяет повысить гибкость в формировании сигналов регулирования, обеспечивает большие удобства при настройке и использовании. 2 ил.

1683040

Изобретение относится к средствам автоматики и может быть использовано в механических, гидравлических и пневматических установках систем автоматического управления и регулирования различного назначения для улучшения их динамических показателей.

Целью изобретения является расширение облаСти применения устройства.

На фиг.1 изображено схематично устройство в разрезе; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1.

Интегро-дифференцирующее устройство включает в себя первый сильфон 1 узла приема входных сигналов с подвижным фланцем 2 и неподвижным фланцем 3 с первой цилиндрической направляющей втулкой 4, Закрытая- полость сильфона посредством жесткой 5 и гибкой 6 гидролиний, а также жестких гидролиний 7 и 8 через перепускной двухседельный клапан 9 и дроссель 10 сообщается с соосными сильфонами 11 и 12 (третий и второй), связанными между собой при помощи общего подвижного фланца 13, Подвижный фланец

13 жестко соединен с фланцем 14 четвертого сильфона 15 суммирующего механизма, который другим торцом соединен с другим подвижным фланцем 16. Фланец 16 связан с тягой 17, перемещения которой являются выходным сигналом. Для возврата в исходное положение тяги 17 и исключения механического гистереэиса материала стенок сильфона применена возвратная пружина

18.

Рабочая жидкость из сильфона 1 может поступать во второй сильфон 12 двумя пугями: через гидролинию 5, дроссель 10 и гидролинию 8 — первый путь и через клапан 9, гидролинию 7 и гидролинию 8 — второй путь.

В третий сильфон 11 рабочая жидкость поступает только одним путем — через жесткую гидролинию 5 и гибкую гидролинию 6.

Для обеспечения возможности с любой степенью асимметрично или симметрично формировать в первой фазе переходного процесса выходной сигнал, пропорциональный интегралу от входного, а во второй фазе формировать выходной сигнал, пропорциональный первой производной от входного сигнала как в случае резкого уменьшения, так и в случае резкого увеличения входнсго сигнала, двухседельный клапан 9 выполнен в виде штока 19, на одном конце котораго на резьбе в полости сильфона 1 установлен первый регулирующий элемент 20, а на другом конце и с противоположной стороны

: еподвижного фланца 3 (вне полости сильфона 1) — второй регулирующий элемент 21, разделенные двумя возвратными пружинами 22, одни концы которых упираются в разделяющий их неподвижный фланец 3, а противоположные концы — в седло 23, выполненное совместно со штоком 19, и в седло 24, фиксируемое упором 25, При этом другой конец штока 19 и второй регулирующий элемент 21 в торцовой части выполнены с поперечными пазами с возможностью взаимодействовать с отверткой при на10 стройке устройства

Кроме того, устройство снабжено механизмом для его настройки беэ разборки и сборки, Настроечный механизм содержит сильфон 26, один торец которого соединен с неподвижным фланцем 3 сильфона 1, образуя с ним через двухседельный клапан герметичную полость, а другой торец — с подвижным фланцем 27, перемещающимся в цилиндрической направляющей втулке 28, жестко связанной с неподвижным фланцем

3 узла приема входных сигналов. Для за- крепления подвижного фланца 27; необходимого при работе устройства, использован фиксатор 29, Соосно сильфону 26 в подвижном фланце 27 установлены один в другом два регулировочных винта — внутренний 30 и наружный 31, имеющие в торцах, расположенных внутри сильфона 26, выступы, выпол ненные в виде отвертки, с пазом второго регулирующего элемента 21

Для предотвращения от проворачивания на штоке 19 элемента 20 он соединен с возможностью продольного перемещения с направляющей 32, жестко связанной с неподвижным фланцем 3.

Подвижные детали преобразователя перемещаются в направляющей 33, выполненной в виде втулки, Фланец 14 сильфона

15 перемещается в третей втулке подвижного фланца 16.

Работу предлагаемого интегро-диффе40 ренцирующего гидравлического устройства, последовательно включенного в систему автоматического регулирования или управления, рассмотрим в двух характерных случаях: при резком (мгновенном) увеличении входного сигнала и при резком (мгновенном) уменьшении входного сигнала, при настройках устройства на асимметричный и симметричный, но измененный по степени введения интеграла и производной выход50 ной сигнал.

Сначала рассмотрим настройку устройства на асимметричное формирование выходных сигналов, соответствующих в первой фазе меньшей степени введения интеграла и большей степени введения первой

30 воэможностью при осевом перемещении внутреннего винта 30 входить в соединение . с пазом штока 19, а наружного винта — с

1683040 производной во второй фазе в случае резкого увеличения входного сигнала, а также в первой большей степени введения интеграла и меньшей степени введения первой производной во второй фазе в случае резкого уменьшения входного сигнала, что часто имеет место из-эа различных по величине сопротивлений перемещению исполнительных органов (задвижек, клапанов и т.п.) при прямом и обратном их ходе. Для этого освобождается фиксатор 29 настроечного механизма так, чтобы подвижный фланец 27 свободно перемещался. Воздействуя на фланец 27, одновременно придерживая от проворачивания регулировочный винт 31, с помощью отвертки и с поворотом заводят в зацепление внутренний регулировочный винт 30 со штоком 19. Дальше путем проворачивания отверткой винта 30 в неподвижном винте 31 перемещают элемент 20, приближая его к посадочному седлу, на требуемое расстояние. При этом возвратные пружины не деформируются и сохраняют свое уравновешенное состояние, а элемент

21 — свое первоначальное положение, После этого в обратном порядке отводят от штока

19 регулировочный винт 30, отверткой отворачивают его в исходное по отношению к винту 31 положение и подвижный фланец посредством фиксатора 29 закрепляют на направляющей втулке 28.

В первом случае при резком (мгновенном) увеличении входного воздействия на настроенное таким образом устройство изза наличия дросселя 10 в первой фазе переходного процесса давление во втором сильфоне 12 нарастало бы медленнее, чем в третьем сильфоне 11, однако из-за наличия перепускного двухседельного клапана 9 и обводной гидролинии 7 часть рабочей жидкости из сильфона 1 через открытый еще вначале клапан 9, гидролинии 7 и 8, минуя дроссель 10, дополнительно поступает в полость сильфона 12, увеличивая при этом (по сравнению с сильфоном 11) в нем давление, но уже не на такую величину, как у прототипа, поскольку элемент 20 расположен к посадочному месту. В результате подвижный фланец 13 в первой фазе переходного процесса перемещается несколько влево, но уже на меньшую величину, чем у прототипа, перемещая вместе с собой подвижныи фланец 14 сильфона 15, создавая этим дополнительное уменьшение (меньшее, чем у прототипа) давление рабочей жидкости в сильфоне 11, от которой его фланец 16, связанный с тягой 17 выходного сигнала, получает дополнительное ускорение (меньшее по сравнению с прототипом).

Итак, в первой фазе рассматриваемого переходного процесса имеет место вычитание двух перемещений, т.е. выход устройства состоит из перемещения, вызванного изменением входного воздействия, минус переме5 щение (уже меньшее, чем у прототипа), вызванное скоростью изменения входного воздействия.

В конце первой фазы переходного процесса (она наступает во времени раньше, 10 чем у прототипа), когда от резкого воздействия давления рабочей жидкости возвратная пружина 22 сжимается, элемент 20, перекрывая вход обводной гидролинии 7, авто15 матически переводит устройство из интегрирующего в дифференцирующее, тогда в начале второй фазы (она наступит во времени раньше) переходного процесса из-, за наличия дросселя 10 давление в сильфо20 не 12 нарастает медленнее, чем в сильфоне

11, в результате чего подвижный фланец 13

: перемещается по отношению к подвижному фланцу 16 несколько вправо (на большую величину, чем у прототипа), перемещая вме25 сте с собой подвижный фланец 14 сильфона

15 и создавая в сильфоне 11 дополнительное (больше, чем у прототипа) приращение давления рабочей жидкости. При этом подвижный фланец 16сильфона 11, связанный

30 с тягой 17 выходного сигнала, получает дополнительное (большее, чем у прототипа с симметричными выходными сигналами) перемещение. Итак, во второй фазе переходного процесса имеет место сложение двух

35 перемещений, т,е. выход устройства состоит из перемещения, вызванного изменением входногс воздействия, и перемещения (уже большего, чем у прототипа), вызванногo скоростью изменения входного воздейст40 вия.

При неизменной настройке двухседельного клапана-и в случае резкого (мгновенного) освобождения подвижного фланца 2 сильфона 1 описанное устройство работает

45 аналогично, стой лишь разницей, что выходные перемещения направлены в противоположную сторону, При этом перепускной клапан 9 в первой фазе переходного процесса обводную гидролинию 7 открывает на

50 большее время (чем в первой фазе. в случае резкого увеличения входного воздействия), обеспечивая интегрирование входного сигнала с большей (чем в первой фазе, в случае резкого увеличения входного воздействия)

55 составляющей входного сигнала, пропорциональной интегралу от входного сигнала, изза более отдаленного расположения к посадочному месту элемента 21 по сравнению с элементом 20, а во второй фазе ее закрывает на меньшее время (чем в первой фазе, в случае резкого увеличения входного

"683040

10 воздействия) и автоматически переводит устройство на дифференцирование входного сигнала, обеспечивая меньшую составля.ощую (чем в первой фазе, в случае резкого увеличения входногб воздействия) выходного сигнала, пропорционального первой производной от входного сигнала.

В рассмотренных случаях предлагаемое устройство работает как интегро-дифференцирующее звено, асимметрично формируя в первой фазе переходного процесса выходной сигнал, пропорциональный в меньшей степени интегралу от входного, а во второй фазе формируя выходной сигнал, пропорциональный в большей степени первой производной от входного сигнала в случае резкого увеличения нагрузки, и, наоборот, асимметрично формируя в первой фазе переходного процесса выходной сигнал, пропорциональный в большей степени интегралу от входного, а во второй фазе формируя выходной сигнал, пропорциональный в меньшей степени первой производной от входного сигнала в случае резкого уменьшения нагрузки, Рассмотрим настройку устройства на ,асимметричное формирование выходных сигналов, соответствующих в первой фазе большей степени введения интеграла и меньшей степени введения первой производной во второй фазе переходного процесса,в случае резкого увеличения входного сигнала, а также в первой фазе меньшей степени введения интеграла и большей степени введения первой производной во второй фазе переходного процесса в случае резкого уменьшения входного сигнала, что часто необходимо использовать на практике в случае различных по величине сопротивлений перемещению исполнительных органов при прямом и Обратном их ходе. В этом случае освобождается фиксатор 29 настроечного механизма, обеспечивая свободное перемещение поцвижного фланца

27, Воздействуя на фланец 27, одновременно придерживая от проворачивания наружный винт 31, с помощью отвертки и путем поворота заводят в зацепление внутренний регулировочный винт 30 со штоком 19. Дал ьше, проворачивая отверткой винт 30 в неподвижном винте 31, перемещают элемент

20, удаляя его от посадочного седла на требуемое расстояние, После этого в обратном порядке отводят от штока 19 регулировочный винт 30 и, придерживая его отверткой, путем поворачивания и перемещения благодаря поддатливости подвижного фланца 27, наружного регулировочного винта 31 вводят

его в зацепление с элементом 21. Путем вращения регулировочным винтом 31 перемещают элемент 21, приближая его к посадочному седлу на требуемое расстояние

При этом возвратные пружины не деформируются и сохраняют свое первоначальное уравновешенное состояние, а элемент 20— свое зафиксированное перед этим положение. Перемещая подвижный фланец 27, выводят ре гул ировочный винт 31 иэ зацепления с элементом 21 и, Вращая винт

31, отводят его в исходное по отношению к винту 30 и фланцу 27 положение. После этого подвижный фланец 27 посредством фиксатора 29 закрепляют на направляющей втулке 28, Настроенное таким образом устройство работает аналогично, с той только разницей от вышеописанной настройки, что асимметричное формирование выходных сигналов обеспечивает получение в первой фазе большей степени введения интеграла и меньшей степени введения производной во второй фазе переходного процесса в случае резкого увеличения входного сигнала, а также в первой фазе меньшей степени введения интеграла и большей степени введения производной во второй фазе переходного процесса в случае резкого уменьшения входного сигнала.

Предлагаемое устройство располагает большими воэможностями бесступенчатой настройки также и на симметричное формирование практически с любой степенью введения в закон регулирования или управления интеграла в первой фазе и первой производной во второй фазе переходного процесса как в случае резкого увеличения, так и В случае резкого уменьшения входного сигнала. Для этого достаточно, пользуясь уже известными вышеописанными методами, установить первый 20 и второй 21 элементы на требуемые, но равные расстояния от их посадочного седла.

Если входное воздействие изменяется плавно (медленно), тогда давление рабочей жиДкОсти В сильфОне 1 узла поиема ВхОДных сигналов также изменяется медленно. В результате перепад давления в сильфонах 11 и 12 практически отсутствует и подвижные фланцы 13, 14 и 16 перемешаются влево с практически одинаковой скоростью, обеспечивая при этом передачу через тягу 17 сигнала дольше на орган исполнительного механизма, В случае плавного (медленного) освобождения подвижного фланца 2 сильфона 1 устройство работает также, только выходные перемещения направлены в противоположную сторону.

В последних описанных двух случаях работы устройства его выход состоит только иэ перемещения, вызванного изменением

1683040

Выхп входного воздействия, т.е. устройство работает аналогично прототипу как усилительное звено.

Использование интегро-дифференцирующего гидравлического устройства повышает гибкость в формировании сигналов регулирования или управления систем автоматики. Это расширяет область использования устройства, особенно в системах автоматики гидропневмомеханического типа, содержащих звенья со сравнительно большой инерционностью и асимметричными сопротивлениями их исполнительных органов, что уменьшает отказы в работе, повышает их надежность и долговечность. Возможная бесступенчатая настройка устройства без его разборки обеспечивает ему большие удобства при настройке и использовании.

Формула изобретения

Интегро-дифференцирующее устройство по авт. св. М 1585806, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения, перепускной двухседельный клапан выполнен в виде штока, размещенного в неподвижном фланце первого сильфона узла приема входных сигналов с возможностью поступательного перемещения вдоль оси сильфона, на концах которого выполнена резьба и установлены первый и второй регулирующие элементы с подпружиненными упорами, седла регулирующих элементов закреплены на неподвижном

5 фланце первого сильфона, первый регулирующий элемент связан с возможностью продольного перемещения с направляющей, жестко закрепленной на неподвижном фланце первого сильфона, а на торце второ10 го регулирующего элемента, противоположном его седлу, и соответствующем конце штока выполнены поперечные пазы, причем двухседельный клапан снабжен настроечным механизмом, состоящим из сильфона, 15 один торец которого соединен с неподвижным фланцем первого сильфона, другой то. рец — с подвижным фланцем, связанным, через фиксатор с цилиндрической направляющей втулкой, жестко связанной проти20 воположным торцом с неподвижным фланцем первого сильфона, а соосно сильфону настроечного механизма в подвижном фланце установлены коаксиально внутренний и наружный регулировочные винты с

25 возможностью продольного перемещения, имеющие в торцах, размещенных в сильфоне настроечного механизма, выступы, сопрягаемые с соответствующими пазами второго регулирующего элемента и штока.