Магнитострикционный электрогидравлический усилитель с пропорциональным управлением

Усилитель предназначен для управления гидравлическими исполнительными устройствами технологического оборудования. Усилитель содержит источник рабочей жидкости 1, исполнительный механизм 2, магнитострикционный усилитель-преобразователь 3, первый и второй трубочные исполнительные элементы 4, 5, дифференциальные управляющие обмотки 6, 7, блок управления 8, корпус 9, первую и вторую линии подвода рабочей жидкости 10, 11, первый и второй постоянные дроссели 12, 13. Путем формирования противофазных токовых управляющих сигналов и подачи их в дифференциальные исполнительные элементы из магнитострикционного материала изменяют радиальные зазоры, а значит давления в рабочих камерах первичного усилителя-преобразователя, обеспечивая тем самым регулирование исполнительным механизмом по заданному закону в требуемом диапазоне перемещений. Технический результат: повышение точности и надежности преобразования, расширение области технического использования. 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроавтоматике и предназначено для управления гидравлическими исполнительными устройствами технологического оборудования.

Известен электрогидравлический усилитель мощности [1], содержащий две пары регулируемых дросселей типа "сопло-заслонка", золотник с дополнительной заслонкой и управляющими поршнями, поворотные втулки и управляемый индуктивный электромеханический преобразователь.

Относительно сложная кинематическая цепь преобразования информационных сигналов и наличие люфтовых соединений снижает точность и надежность преобразования, ограничивает область использования устройства.

Известен магнитострикционный электрогидравлический усилитель [2], состоящий из источника рабочей жидкости, двух сопел, постоянных дросселей, линий подвода рабочей жидкости, поворотной заслонки с ребрами жесткости, пластинчатого упругого элемента, двух прямолинейных магнитострикционных исполнительных элементов с обмотками управления, двух частей блока управления и корпуса усилителя.

Наличие поворотной заслонки, перекрывающей рабочие зазоры дифференциальных сопел, ведет к появлению дополнительных погрешностей преобразования. Радиальное перекрытие системы "заслонка-сопло" вызывает появление турбулентных потоков в рабочей зоне преобразования, снижая его динамическую точность. Наличие упругого пластинчатого элемента дифференциального магнитострикционного привода ведет к снижению надежности устройства в целом из-за возможного деформационного разрушения в процессе работы.

Известен другой магнитострикционный электрогидравлический усилитель [3], выбранный в качестве прототипа. Устройство состоит из источника рабочей жидкости, гильзы из немагнитного материала, разделительной перегородки, двух сопел, линий подвода рабочей жидкости, постоянных дросселей, магнитострикционных исполнительных элементов с заслонками в форме стакана, управляющих обмоток и двух частей блока управления.

Применение в известном устройстве дифференциального магнитострикционного привода из эластичного магнитоупругого материала ведет к снижению динамической точности и надежности преобразования, ограничивает область технического использования. Работа под нагрузкой, старение материала магнитострикционного привода вызывают появление остаточных деформаций и их перераспределение, что проявляется в виде отклонений от параллельности перекрытия заслонками рабочих поверхностей дифференциальных сопел, а значит к образованию дополнительных погрешностей, снижению надежности преобразования.

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

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционном электрогидравлическом усилителе с пропорциональным управлением, содержащим источник рабочей жидкости, подключенный к дифференциальным соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями, две управляющие обмотки, подключенные к противофазным выводам блока управления, его дифференциальные сопла выполнены в виде трубочных элементов из магнитострикционного материала с распределенными по всей длине управляющими обмотками, образуя магнитострикционный усилитель-преобразователь, одни их концы защемлены в корпусе и соединены с противофазными входами исполнительного механизма через первые и вторые линии подвода и постоянные дроссели с выходом источника рабочей жидкости, а вторые - свободны и образуют с корпусом радиальные щелевые зазоры.

Устройство поясняется чертежом, на котором показана блок-схема магнитострикционного электрогидравлического усилителя с пропорциональным управлением.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель с пропорциональным управлением (см. чертеж) содержит источник 1 рабочей жидкости, исполнительный механизм 2, магнитострикционный усилитель-преобразователь 3, состоящий из однотипных трубочных исполнительных элементов 4, 5 из магнитострикционного материала с управляющими обмотками 6, 7, электронный блок 8 управления, корпус 9 магнитострикционного усилителя-преобразователя и две линии 10, 11 подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями 12, 13.

Дифференциальные сопла в виде трубочных исполнительных элементов 4, 5 одними концами защемлены в корпусе магнитострикционного усилителя-преобразователя 3, а другими - образуют с корпусом радиальные щелевые зазоры. Имеют гидравлическую связь с противофазными входами исполнительного механизма 2 через первую и вторую линии 10, 11 подвода рабочей жидкости и первый и второй постоянные дроссели 12, 13 с выходом источника 1 рабочей жидкости соответственно. По всей длине трубочных исполнительных элементов 4, 5 равномерно размещены управляющие обмотки 6, 7, которые подключены к противофазным входам блока 8 управления.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально на дифференциальные управляющие обмотки 6 и 7 магнитострикционного усилителя-преобразователя 3 (фиг.1) с выходов электронного блока 8 управления подаются токовые сигналы J_O=J₆=J₇ смещения рабочей характеристики на середину диапазона преобразования. Прохождение начальных токов J₆=J₇ через обмотки 6, 7 создают в их рабочем пространстве магнитное поле, которое вызывает изменение первоначальной длины L (эф. Джоуля) дифференциальных сопел, образованных трубочными исполнительными элементами 4 и 5 из магнитострикционного материала с коэффициентом магнитострикции λ_S.

В результате начального изменения линейных размеров L дифференциальных сопел формируются щелевые зазоры h_O=h₄=h₅, образованные свободными концами трубочных исполнительных элементов 4, 6 и корпусом 9 (пропорциональное регулирование), что ведет к созданию в рабочих камерах магнитострикционного усилителя-преобразователя 3 равных рабочих давлений Р₁=Р₂ от источника 1 рабочей жидкости давлением Р через постоянные дроссели 12 и 13. В первой и второй линиях 10, 11 подвода рабочей жидкости формируются паритетные управляющие сигналы, под действием которых исполнительный механизм 2 (например, в виде четырехщелевого золотникового распределителя с пружинным центрированием) переводится в нейтральное (исходное) положение.

Для полярного перевода исполнительного механизма 2 от положения равновесия (нейтрали) в управляющие обмотки 6 и 7 подаются соответствующие противофазные токовые сигналы J₆=J_O±J_X и J₇=J_OJ_X, где J_X=J_O - токовый сигнал диапазона регулирования. Это вызывает однозначное приращение линейных размеров Δh=h_O=L·λ_S трубочных исполнительных элементов 4, 5 и образование соответствующих радиальных рабочих зазоров и нарушение равенства P₁=P₂. Под действием разности давлений рабочих камер магнитострикционного усилителя-преобразователя 3 исполнительный механизм 2 полярно перемещается в заданное положение.

Таким образом, выполнение дифференциальных сопел магнитострикционного усилителя-преобразователя 3 в виде паритетных трубочных элементов из магнитострикционного материала со строго перпендикулярным перемещением относительно заслонки (корпуса 9) уменьшает погрешности преобразования, ведет к упрощению конструкции устройства в целом, способствует повышению его надежности и расширению области технического использования. Это отличает предлагаемое устройство от выбранного прототипа и обеспечивает достижение положительного эффекта.

Практическая реализация устройства: магнитострикционные элементы 4, 5 - трубка из ферросплава 49КФ2; блок управления 8 реализован в виде последовательно включенных формирователя импульсов, интеграторов прямого и инверсного сигналов с усилителями мощности.

Источники информации

1. А.с. №1654608 (СССР), F15B 3/00, F15C 3/02. БИ №21, 1991.

2. Патент РФ №2170370, F15B 3/00. БИ №19, 2001.

3. Патент РФ №2171921, F15B 3/00. БИ №22, 2001, прототип.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель с пропорциональным управлением, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к дифференциальным соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями, две управляющие обмотки, подключенные к противофазным выводам блока управления, отличающийся тем, что дифференциальные сопла выполнены в виде трубочных элементов из магнитострикционного материала с распределенными по всей длине управляющими обмотками, образуя магнитострикционный усилитель-преобразователь, одни их концы защемлены в корпусе и соединены с противофазными входами исполнительного механизма через первые и вторые линии подвода и постоянные дроссели с выходом источника рабочей жидкости, а вторые свободны и образуют с корпусом радиальные щелевые зазоры.