Газовый привод с экономичным клапанным распределителем
Владельцы патента RU 2562128:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)
Изобретение относится к области систем газовой автоматики, к их исполнительным газовым приводам. Газовый привод с экономичным клапанным распределителем содержит подвижный корпус с цилиндрической камерой, поршень со штоком, разделяющий камеру на расположенную со стороны штока вспомогательную полость, сообщенную с источником газа, а с противоположной стороны рабочую полость, встроенный в корпус клапанный распределитель с расположенными соосно с цилиндрической камерой впускным и выпускным распределительными клапанами, отделяющими рабочую полость от источника газа с помощью впускного седла и впускного затвора, а от атмосферы с помощью выпускного седла и выпускного затвора, соединенного с впускным затвором, расположенный со стороны штока поршня толкатель, взаимодействующий кинематически через выполненное в его торце выпускное седло с выпускным затвором, двухстороннее устройство управления с подвижным звеном. Впускной затвор жестко соединен с толкателем, выпускное седло постоянно сообщено каналом в этом толкателе с рабочей полостью, а выпускной затвор соединен кинематически непосредственно с подвижным звеном устройства управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области систем газовой автоматики, а более конкретно к их исполнительным газовым приводам.
Известны одно- и двухсторонние следящие газовые (гидравлические) приводы с одной и двумя рабочими полостями, давление в которых изменяется с помощью экономичных золотниковых распределителей, обеспечивающих впуск газа в рабочие полости при отсутствии выпуска, а выпуск при отсутствии впуска (см. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Т.М. Башта - М.: Машиностроение, 1967, С. 306, рис. 237, С. 307, рис. 239).
Достоинством данных приводов является малый потребляемый расход рабочего тела. Недостатки заключаются в наличии непроизводительных утечек и перетечек через зазоры золотниковой пары «плунжер-втулка», в возможности заклинивания этой пары при использовании в качестве рабочего тела высокотемпературных загрязненных продуктов сгорания топлива и трудоемкости изготовления высокочувствительных приводов с нулевым перекрытием проходных окон втулки поясками плунжера.
Данные недостатки в значительной степени устраняются в известном следящем газовом приводе с экономичным клапанным распределителем, содержащим подвижный корпус с цилиндрической камерой, поршень со штоком, разделяющий камеру на расположенную со стороны штока вспомогательную полость, сообщенную с источником газа, а с противоположной стороны рабочую полость, клапанный распределитель с расположенными соосно с цилиндрической камерой впускным и выпускным распределительными клапанами, отделяющими рабочую полость от источника газа с помощью впускного седла и впускного затвора, а от атмосферы с помощью выпускного седла и выпускного затвора, соединенного с впускным затвором (см. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Т.М. Башта. - М.: Машиностроение, 1967 - С. 313, рис. 246).
Для обеспечения двухстороннего действия в данном одностороннем приводе используется дифференциальный поршень с толстым штоком. Недостатком данного привода является трудоемкость изготовления и сборки клапанного распределителя с подвижным впускным затвором, расположенным вместе со вспомогательной пружиной внутри выпускного затвора и соединенным с этим затвором кинематически через впускное седло. Кроме того, такое расположение привело к увеличению размеров выпускного затвора и выпускного седла из-за наличия в выпускном затворе центрального отверстия для впуска газа в рабочую полость привода.
Данный недостаток в значительной степени устраняется в известном следящем газовом приводе, выбранном в качестве прототипа и содержащем подвижный корпус с цилиндрической камерой, поршень со штоком, разделяющий камеру на расположенную со стороны штока вспомогательную полость, сообщенную с источником газа, а с противоположной стороны рабочую полость, клапанный распределитель с расположенными соосно с цилиндрической камерой впускным и выпускным распределительными клапанами, отделяющими рабочую полость от источника газа с помощью впускного седла и впускного затвора, а от атмосферы с помощью выпускного седла и выпускного затвора, соединенного с впускным затвором, расположенный со стороны штока поршня толкатель, взаимодействующий кинематически через выполненное в его торце выпускное седло с выпускным затвором, двухстороннее устройство управления с подвижным звеном [Патент RU №2457368 C1 от 27.07.2012].
Недостатком данного привода с жестким соединением впускного и выпускного затворов распределителя являются большие размеры впускного затвора, вследствие расположения выпускного седла внутри впускного седла, что приводит к увеличению силовой нагрузки на устройство управления и, следовательно, его мощности и габаритов.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение мощности устройства управления газового привода за счет использования более малогабаритного распределителя с меньшим размером затвора.
Решение данной задачи достигается тем, что в известном следящем газовом приводе с экономичным клапанным распределителем, содержащем подвижный корпус с цилиндрической камерой, поршень со штоком, разделяющий камеру на расположенную со стороны штока вспомогательную полость, сообщенную с источником газа, а с противоположной стороны рабочую полость, встроенный в корпус клапанный распределитель с расположенными соосно с цилиндрической камерой впускным и выпускным распределительными клапанами, отделяющими рабочую полость от источника газа с помощью впускного седла и впускного затвора, а от атмосферы с помощью выпускного седла и выпускного затвора, соединенного с впускным затвором, расположенный со стороны штока поршня толкатель, взаимодействующий кинематически через выполненное в его торце выпускное седло с выпускным затвором, двухстороннее устройство управления с подвижным звеном, впускной затвор жестко соединен с толкателем, выпускное седло постоянно сообщено каналом в этом толкателе с рабочей полостью, а выпускной затвор соединен кинематически непосредственно с подвижным звеном устройства управления.
Сущность изобретения поясняется фигурами.
На фиг. 1 показана схема следящего газового привода с экономичным клапанным распределителем.
Следящий газовый привод с экономичным клапанным распределителем содержит подвижный корпус 1 с цилиндрической камерой 2, поршень 3 со штоком 4, разделяющий камеру на расположенную со стороны штока вспомогательную полость 5, сообщенную с источником газа, а с противоположной стороны рабочую полость 6, клапанный распределитель 7 с расположенными соосно с цилиндрической камерой 2 впускным 8 и выпускным 9 распределительными клапанами, отделяющими рабочую полость 6 от источника газа с помощью впускного седла 10 и впускного затвора 11, а от атмосферы с помощью выпускного седла 12 и выпускного затвора 13, соединенного с впускным затвором 11, расположенный со стороны штока поршня толкатель 14, взаимодействующий кинематически через выполненное в его торце выпускное седло 12 с выпускным затвором 13, двухстороннее устройство управления (УУ) 15 с подвижным звеном 16. Впускной затвор 11 жестко соединен с толкателем 14, выпускное седло 12 постоянно сообщено каналом 17 в этом толкателе с рабочей полостью 6, а выпускной затвор 13 соединен кинематически непосредственно с подвижным звеном 16 устройства управления 15.
Для обеспечения двухстороннего действия данного прямоходового одностороннего газового привода также используется дифференциальный поршень 3 с толстым штоком 4. Расположение внутри впускного седла 10 тонкой сплошной части толкателя 14, уравновешивающего своей выступающей конической частью силу давления на впускной затвор 11 со стороны рабочей полости 6, обеспечивает уменьшение размеров впускного затвора 11 и, следовательно, силовой нагрузки на устройство управления 15, его мощности и габаритов.
Описанное выше устройство с подвижным корпусом 1 и неподвижным поршнем 3 работает следующим образом.
При перемещении подвижным звеном 16 выпускного затвора 13, толкателя 14 и впускного затвора 11 от нейтрального положения в положительном направлении в некоторое положение с координатой x происходит повышение давления в рабочей полости 6 и перемещение корпуса 1 вместе с жестко связанным с ним впускным седлом 10 в том же направлении в положение с координатой Xц, при котором результирующая сила давления на корпус 1 уравновесит действующую на него силу внешней нагрузки, а площади впуска газа в рабочую полость 6 и выпуска из нее станут равными нулю. Это положение благодаря отрицательной кинематической обратной связи будет устойчивым, поскольку дальнейшее движение корпуса 1 вместе с впускным затвором 11 от данного положения приводит к понижению давления в рабочей полости 6, вследствие выпуска из нее газа через отверстие между выпускным седлом 12 и выпускным затвором 13 при отсутствии впуска, а движение корпуса 1 в обратном направлении от этого положения приводит к повышению давления в рабочей полости 6, вследствие впуска в нее газа через отверстие между впускным седлом 10 и впускным затвором 11 при отсутствии выпуска.
Перемещение подвижного звена 16 вместе с выпускным затвором 13 от нейтрального положения в отрицательном направлении вызовет понижение давления в заполненной рабочей полости 6 и перемещение корпуса 1 вместе с впускным седлом 10, впускным затвором 11 и выпускным седлом 12 в том же направлении в соответствующее устойчивое положение, при котором также результирующая сила давления на корпус уравновесит силу нагрузки, а площади впуска и выпуска станут равными нулю.
Наличие впуска газа в рабочую полость 6 при отсутствии выпуска и выпуска при отсутствии впуска в процессе функционирования данного одностороннего следящего привода свидетельствует о его экономичности, которая, как и у прототипа, оказывается особенно высокой при использовании в качестве рабочего тела несжимаемой жидкости.
Следует отметить, что, если в рассмотренном следящем газовом приводе закрепить корпус на неподвижном основании и выполнить поршень подвижным, то замкнутый кинематической обратной связью следящий привод превращается в разомкнутый, работающий чаще всего в релейном двухпозиционном режиме с позиционированием поршня на упорах и различными временами перемещения поршня в прямом и обратном направлении.
Наиболее высокую симметричность по временам срабатывания обеспечивают замкнутые обратной связью и разомкнутые двухсторонние газовые приводы, которые могут быть снабжены описанным выше экономичным клапанным распределителем.
На фиг. 2 показана схема двухстороннего следящего газового привода, отличающегося от аналогов тем, что в описанном выше следящем газовом приводе с экономичным клапанным распределителем, содержащем подвижный корпус 1 с цилиндрической камерой 2, поршень 3 со штоком 4, разделяющий камеру 2 на расположенную со стороны штока 4 вспомогательную полость 5, а с противоположной стороны рабочую полость 6, сообщенную с источником газа и атмосферой с помощью клапанного распределителя 7, вспомогательная полость 5 сообщена с источником газа и атмосферой с помощью такого же клапанного распределителя 8, что и рабочая полость.
В заявленных устройствах, в отличие от аналога, исключается указанное выше центральное отверстие в выпускном затворе, что позволяет уменьшить размеры выпускного седла и силовую нагрузку на подвижное звено устройства управления. По сравнению с прототипом в устройствах используется более малогабаритный клапанный распределитель, в котором внутри впускного седла расположена тонкая часть толкателя, что приводит к уменьшению размеров впускного затвора, а следовательно, мощности и габаритов устройства управления.
1. Газовый привод с экономичным клапанным распределителем, содержащий подвижный корпус с цилиндрической камерой, поршень со штоком, разделяющий камеру на расположенную со стороны штока вспомогательную полость, сообщенную с источником газа, а с противоположной стороны рабочую полость, встроенный в корпус клапанный распределитель с расположенными соосно с цилиндрической камерой впускным и выпускным распределительными клапанами, отделяющими рабочую полость от источника газа с помощью впускного седла и впускного затвора, а от атмосферы с помощью выпускного седла и выпускного затвора, соединенного с впускным затвором, расположенный со стороны штока поршня толкатель, взаимодействующий кинематически через выполненное в его торце выпускное седло с выпускным затвором, двухстороннее устройство управления с подвижным звеном, отличающийся тем, что впускной затвор жестко соединен с толкателем, выпускное седло постоянно сообщено каналом в этом толкателе с рабочей полостью, а выпускной затвор соединен кинематически непосредственно с подвижным звеном устройства управления.
2. Газовый привод по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательная полость сообщена с источником газа и атмосферой с помощью такого же клапанного распределителя, что и рабочая полость.
