Магнитострикционный регулятор расхода

Изобретение предназначено для автоматических систем управления гидропривода станочного и специализированного оборудования. Регулятор содержит С-образный составной исполнительный элемент из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции и тремя последовательно включенными управляющими обмотками, регулируемый дроссель. При прохождении тока через управляющие обмотки изменяются линейные размеры полуветвей исполнительного элемента, подключенных к корпусу регулируемого дросселя, вызывая соответствующее изменение поперечного сечения его рабочего канала. Рабочий ток в обмотках формирует электронный блок управления по требуемому закону регулирования, позволяя одновременно исключить эффект облитерации рабочих поверхностей. Изобретение обеспечивает повышение точности и надежности регулирования в широком диапазоне, имеет простую конструкцию. 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроавтоматике, а именно к регуляторам расхода жидкости, и может найти применение в системах гидропривода станочного и специализированного оборудования.

Известен регулятор расхода [1], выполненный в виде дифференциального пьезокерамического приводного механизма, состоящего из двух цилиндрических биморфных втулок с продольными прорезями, установленными на планке с поворотной заслонкой, перекрывающей торец сопла, содержит электронный блок управления, который соединен с пьезоэлектрическими полукольцами биморфных втулок.

Применение в известном устройстве поворотной заслонки и ее управление через относительно сложную систему привода с дифференциальным исполнительным механизмом в виде пьезоэлектрических полуколец биморфных втулок ведет к снижению точности и надежности регулирования из-за наличия люфтовых соединений, нелинейностей в зоне перекрытия сопло-заслонка и недостаточной механической прочности исполнительных элементов.

Известен регулятор расхода жидкости, выполненный в виде регулируемого дросселя [2], который выбран в качестве прототипа. Устройство содержит корпус, регулируемый орган, выполненный в виде трубки с отверстиями и упругой металлической втулки с прорезью вдоль образующей цилиндра, наружный диаметр которой совпадает с внутренним диаметром трубки, по середине жестко соединенной с корпусом, свободные концы которой расположены напротив отверстий, входную и выходную полости, пьезокерамическую разрезную втулку, прорезь которой совпадает с прорезью металлической втулки, а в прорези установлен упругий элемент и блок управления.

Известное устройство обладает недостаточными точностью и надежностью преобразования. Это связано с перекрытием заслонкой рабочих отверстий по радиальной траектории и образованием нелинейности протекания жидкости в зоне преобразования, использования биморфного пьезокерамического исполнительного элемента с недостаточной механической прочностью, управляемого высоковольтным электронным блоком по требуемому закону регулирования, не обеспечивающего устранение эффекта облитерации рабочего канала истечения жидкости. Данные недостатки ограничивают область технического использования известного устройства.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности и надежности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционный регулятор расхода, содержащий регулируемый дроссель и электронный блок управления, введены С-образный составной исполнительный элемент из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции и тремя последовательно включенными управляющими обмотками, причем первая и вторая управляющие обмотки одними выводами подключены к выходам блока управления и равномерно размещены на свободных полуветвях составного исполнительного элемента, выполненных из магнитострикционного материала одного знака магнитострикции и подключенных к корпусу регулируемого дросселя, а другими концами подсоединены к выводам третьей управляющей обмотки, равномерно размещенной на основной ветви составного исполнительного элемента, выполненной из магнитострикционного материала другого знака магнитострикции.

Устройство поясняется чертежом. На чертеже показана блок-схема магнитострикционного регулятора расхода.

Магнитострикционный регулятор расхода (см. чертеж) содержит С-образный составной исполнительный элемент 1 из магнитострикционного материала с разными знаками магнитострикции, три последовательно включенные управляющие обмотки 2, 3, 4, регулируемый дроссель 5 и электронный блок 6 управления. Его выводы подключены к одним выводам первой и второй управляющих обмоток 2, 3, равномерно размещенных на свободных полуветвях исполнительного элемента 1, выполненных из магнитострикционного материала одного знака. Другие их концы соединены к выводам третьей управляющей обмотки 4, равномерно размещенной на основной ветви исполнительного элемента 1, выполненной из магнитострикционного материала с противоположным знаком магнитострикции. Свободные полуветви исполнительного элемента 1 подключены к корпусу регулируемого дросселя 5.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство (см. чертеж) находится в исходном состоянии. По его управляющим обмоткам 2, 3, 4 не протекает рабочий ток I регулирования с выводов блока 6 управления. Исполнительный элемент 1 с параллельными ветвями из разных по знаку (+λ, и -λ) магнитострикционных материалов не испытывает деформационных продольных напряжений (эф. Джоуля). Следовательно, площадь поперечного сечения S_o канала регулируемого дросселя 5 максимальна (или минимальна) и определяется параметрами а и b сечения, т.е. S=S_o=а·b, и определяется сочетанием магнитострикционных материалов, применяемых в рабочих ветвях исполнительного элемента 1 устройства.

Перекрытие сечения S рабочего канала регулируемого дросселя 5 осуществляется при подаче соответствующего токового сигнала I блока 6 управления в последовательно включенные управляющие обмотки 2, 3, 4. При протекании тока I регулирования через обмотки 2-4 в их рабочем пространстве формируются магнитные поля требуемой напряженности, вызывающие в противоположных рабочих ветвях исполнительного элемента 1 магнитострикционные деформационные напряжения разных знаков. Это приведет к тому, что свободные полуветви из материала с положительной магнитострикцией +λ, начнут продольно увеличиваться на величину ΔL=L·λ_S, где λ_S - коэффициент магнитострикции насыщения материала, а основная ветвь размером 2L - сжиматься на величину 2ΔL.

В результате продольных изменений размеров рабочих ветвей С-образного магнитострикционного исполнительного элемента 1 устройства уменьшится исходное сечение рабочего канала регулируемого дросселя 5 на величину деформационных напряжений ΔS=4ΔL·b=4L·λ_S·b, а=ΔL. Следовательно, изменяются выходные параметры устройства - давление Р и скорость истечения рабочей среды по требуемому закону регулирования.

Применение составного исполнительного элемента 1 из разных по знаку магнитострикционных материалов позволяет упростить выполнение электронного блока 6 управления и настройку устройства, увеличить диапазон регулирования, повысить его надежность. Предлагаемое устройство позволяет устранять облитерацию в рабочем канале регулируемого дросселя 5 путем подачи в управляющие обмотки 2-4 тока I_X переменной частоты вместе с током I регулирования, что также повышает его функциональную надежность, имеет простую конструкцию. Использование симметричного С-образного исполнительного элемента 1 способствует уменьшению влияния температурной составляющей погрешности из-за термического расширения материала конструкции, а значит способствует повышению его точности и расширению области технического использования. Это отличает предлагаемое устройство от выбранного прототипа и позволяет достичь положительного эффекта.

Источники информации

1. А.с. №1037218 (СССР), G05D 7/06. БИ №31, 1983.

2. А.с. №1520490, G05D 7/06. БИ №41, 1989, прототип.

Магнитострикционный регулятор расхода, содержащий регулируемый дроссель и электронный блок управления, отличающийся тем, что в него введены С-образный составной исполнительный элемент из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции и тремя последовательно включенными управляющими обмотками, причем первая и вторая управляющие обмотки одними выводами подключены к выходам блока управления и равномерно размещены на свободных полуветвях составного исполнительного элемента, выполненных из магнитострикционного материала одного знака магнитострикции и подключенных к корпусу регулируемого дросселя, а другими концами подсоединены к выводам третьей управляющей обмотки, равномерно размещенной на основной ветви составного исполнительного элемента, выполненной из магнитострикционного материала другого знака магнитострикции.