Усилитель мощности

 

1. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий установленный в корпусе двухмембранный блок с общим жестким центром, выполненным в виде штока с осевым каналом, соединенным через радиальное отверстие с камерой сброса между мембранами, подключенной к атмосфере, клапаны питания и сброса, выполненные с общей заслонкой и двумя концентричными седлами, причем одно неподвижное седло соединено с корпусом, а вторым подвижным седлом является торец штока мембранного блока, камеру питания, расположенную между неподвижным седлом и корпусом , входную камеру, расположенную между первой мембраной и корпусом, выходную камеру, расположенную между неподвижным седлом и второй мембраной , каналы питания, входной и выходной , отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода рабочего тела и повышения точности, в камере питания установлен узел разгрузки , выполненный в виде упругого элемента, связанного через пружину с заслонкой, глухая камера между упругим элементом и корпусом соединена с выходной камерой, причем величины (Л эффективной площади s упругого элемента , рабочей площади s заслонки, жесткости 1 пружины и жесткости упругого элемента связаны соотношением S, k 1, сл со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1105901 А

З(50 G 06 G 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ М з Л

Д

1 ь.!::4КИИА

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

52

1 2

«с, «, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3438984/18-24 (22) 13.05.82 (46) 30.07.84. Бюл. Р 28 (72) Ю.M.Hàpàö, А.A.Áåëîöåðêîâñêèé, Ю.П.Жуков и П.И.Котенко (71) Дойецкое отделение института

"Гипроуглеавтоматизация" (53) 621-525(088.8) (56) 1. Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Л., "Машиностроение"

1968, с. 385-388.

2. Авторское свидетельство СССР

М 676769, кл. F 15 С 3/04, 1978 (прототип). (54 ) (57 ) 1. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий установленный в корпусе двухмембранный блок с общим жестким центром, выполненным в виде штока с осевым каналом, соединенным через . радиальное отверстие с камерой сброса между мембранами, подключенной к атмосфере, клапаны питания и сброса, выполненные с общей заслонкой и двумя концентричными седлами, причем одно неподвижное седло соединено с корпусом, а вторым подвижным седлом является торец штока мембранного блока, камеру питания, расположенную между неподвижным седлом и корпусом, входную камеру, расположенную между первой мембраной и корпусом, выходную камеру, расположенную между неподвижным седлом и второй мембраной, каналы питания, входной и выходной,отличающий ° сятем, что, с целью уменьшения расхода рабочего тела и повышения точности, в камере питания установлен узел раагрузки, выполненный в виде упругого элемента, связанного через пружину с заслонкой, глухая камера между упрус гим элементом и корпусом соединена ю с выходной камерой, причем величины эффективной площади э„упругого элемента, рабочей площади s заслонки, жесткости %, пружины и жесткости К С„ упругого элемента связаны соотношением

1105901

Изобретение относится к средствам пневмогидроавтоматики, а именно к усилителям мощности аналоговых сиг- налов.

Известны усилители мощности, со- 5 держащие установленные в корпусе мембраны, сопла, клапан питания, дроссель, пружины (1J.

Однако такие усилители имеют сложную конструкцию в связи с наличием 10 трех мембран, дросселя, двух сопл °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уси-. литель мощности, содержащий двухмембранный блок с общим жестким центром, 15 выполненным в виде штока с осевым каналом, соединенным через радиальное отверстие с камерой между мембранами, подключенной к атмосфере, клапаны питания и сброса, выполненные с общей gp подпружиненной заслонкой и двумя концентричными седлами, заслонка клапанов выполнена в виде плоского диска с радиальными пазами, располОженными на его торце со стороны седел, причем 2g одно неподвижное седло соединено с корпусом, а вторым подвижным седлом является торец штока мембранного блока, камеру питания, расположенную между неподвижным седлом и корпусом, входную камеру, расположенную между первой мембраной и корпусом, выходную камеру, расположенную между неподвижным седлом и второй мембраной, каналы питания, входной и выходной (2) ° 35

Наличие пазов, образующих дроссельные отверстия, вызывает постоянный расход рабочего тела. Кроме того, не разгруженнОсть заслонки уменьшает точность усилителя. целью изобретения является умень- 4О шение расхода рабочего тела и повышение точности усилителя.

Указанная цель достигается тем, что в усилителе мощности, содержащем установленный в корпусе двухмембран- -45 ный блок с общим жестким центром, выполненным в виде штока с осевым кана" лом, соединенным через радиальное отверстие с камерой сброса между мембранами, подключенной к атмосфере, 50 клапаны питания и сброса, выполненные с общей заслонкой и двумя концент

Упругий элемент может быть выполнен в виде сильфона, подвижный торец которого связан с заслонкой через пружину сжатия и тягу, а глухая камера образована стаканом, установленным во внутренней полости сильфона, или в виде мембраны, связанной с корпусом пружиной сжатия, причем в этом случае упругий элемент соединен с заслонкой пружиной сжатия.

На фиг. 1 показан усилитель с упругим элементом, выполненным в виде сильфона; на фиг. 2 — то же, с упругим элементом, выполненным в виде мембраны.

Усилитель состоит из корпуса 1, мембран 2 и 3, жесткие центры которых связаны штоком 4, имеющим осевой канал, соединенный с камерой сброса

5, клапанов питания и сброса с двумя концентричными соплами б, 7 и общей заслонкой 8. Неподвижное седло 7 сое динено с корпусом 1, а внутреннее подвижное седло 6 образовано торцом штока 4.

2. Усилитель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что упругий элемент выполнен в виде сильфона подвижный торец которого связан с заслонкой через пружину сжатия и тягу, а глухая камера образована стаканом, установленным во внутренней полости сильфона.

3. Усилитель по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что упругий элемент, связанный.с заслонкой пружиной сжатия, выполнен в виде мембраны, связанной с корпусом пружиной сжатия. ричными седлами, причем одно неподвижное седло соединено с корпусом, а вторым подвижным седлом является торец штока мембранного блока, камеру питания, расположенную между непод" вижным седлом и корпусом, входную камеру, расположенную между первой мембраной и корпусом., выходную камеру, расположенную между неподвижным седлом и второй мембраной, каналы питания, входной и выходной, в камере питания установлен узел разгрузки, выполненный в виде упругого элемента, связанного через пружину с заслонкой, глухая камера .между упругим элементом и корпусом соединена с выходной камерой, причем величины эффективной площади s упругого элемента, рабочей площади s заслонки, жесткости пружины К„ и жесткости К2 упругого элемента связаны соотношением

1105901

50

55 "зо= Рьзд (1o)

По условиям статического равновесия для заслонки необходимо, чтобы одновременно выражения (9) и (10) были равны О. F компенсируется наЗо чальным сжатием пружины жесткостью К для компенсации силы Fs(Рщ,„) иэ

)выражения (9) следует, что

О k

g+ +k 6„

При выполнении упругого элемента в виде сильфона 9 его подвижный торец связан через пружину сжатия 10 и тягу 11 .с заслонкой 8. Глухая камера 12, образованная стаканом 13, соединена с выходной камерой 14.

При выполнении упругого элемента в виде мембраны 15, связанной с корпусом пружиной сжатия 1б, упругий эле мент связан с заслонкой 8 посредством пружины сжатия 17. Камера питания 18 соединена с каналом питания 19 входная камера 20 - с входным каналом 21.

Усилитель работает следующим образом.

При подаче входного сигнала во входную камеру 20 возникает усилие, передаваемое через жесткий центр мембраны 2 на шток 4. В результате этого воздействия заслонка 8 отходит от неподвижного седла 7 и давление в выходной камере 14 начинает повы-. шаться, одновременно воздействуя на мембрану 3, которая является элементом силовой обратной связи. При уравновешивании сил, создаваемых выходным давлением на мембране 3 и усилия, развиваемого давлением в камере 20, заслонка 8 ложится на неподвижное сопло 7, разрывая связь выходной камеры 14 с камерой питания 18.

При уменьшении величины входного давления шток 4 приподнимается над заслонкой 8 и через осевой канал штока часть давления сбрасывается в атмбсферу.

Разгрузка заслонки 8 от действия давления питания и выходного давления осуществляется следующим образом.

Давление питания в камере 18, действуя на внешнюю поверхность сильфона 9, вызывает перемещение его верхнего торца, который воздействует на пружину сжатия 10 и через тягу 11 на заслонку .8. Этим компенсируется действие давления питания a заслонку 8 со стороны камеры питания, ликвидируя тем самым зону нечувствительности усилителя. Предположим, что во время работы усилителя увеличилось давление в выходной камере 14.

Это давление, действуя на рабочую площадь заслонки 8 (под рабочей площадью поднимается площадь кольца, образованного при касании с заслонкой 8 подвижного б и неподвижного 7 сопл), изменяет Момент "открытия" заслонки и даже может вызвать открытое положение клапана. Для компенсации этого выходная камера 14 соединена с внутренней полостью сильфона.

Например, при увеличении выходного давления верхний торец сильфона 9 перемещается вверх, сжатие пружины 1 уменьшается, как и сила, оттягивающая через тягу 11 заслонку d вниз, причем настолько, насколько возникает прибавка в силе от давления в выходной камере 14 на рабочей площади .заслонки 8.

Параметры жесткости сильфона и пружины сжатия, эффективной площади сильфона и рабочей площади заслонки выбираются из следующих соображений.

Выберем положительные направлеl0 ния координат смещения сильфона Х и заслонки Х и рассмотрим силы, дейст. вующие íà заслонку (фиг. 1) . Введем следующие обозначения: эффективная площадь сильфона;

35 г — рабочая площадь заслонки;

) г - жесткость сильфона; (с., — жесткость пружины;

s площадь "сброса" заслонки;

Р„ — давление в камере питания;

Р— давление в выходной камере.

Р

Силы, действующие на заслонку

3 (РР ь) г о+" (Xt- " ) . ("1

Силы, действующие на сильфон

F (Р„P)s k (Х -)() kX . (g)

Условия статического равновесия — О; Рс.= От Х = О. (3)

Учитывая выражение (3 ) можем пере3Р писать выражения (11 и (2) как (РР п) г Ро î+k„Xс=F, (Ф) Р -P)s -(k i1 )Х =O . ()

Из выражения (5) следует (Р„-Р )s„ хс- "„,," (Ь)

Подставляя выражение (5 ) в выраже40 ние (4 ) получим

1 k

F=(P-P)s-Р5+ " . (ц

Р г n o

1 2 (Р Р }5„, 45 В статике необходимо, чтобы Р =О.

Как видно из выражения (6 1, сила, действующая на заслонку содержит две составляющие (Р )+F (6) Здесь

"1 з(вых) (Рр Р ) г ) к

1105901 з з(вых)+ 3, ю (18 ) зо=Р. 5о (20) S

К„+ К

Если в качестве упругого элемента используется мембрана 15 (фиг. 2), то устройство работает следующим образом.

Давление питания в камере 18 действует на мембрану 15 и вызывает ее перемещение, воздействуя через пружину на заслонку 8, компенсируя дейст" вия давления питания на площадь заслонки со стороны камеры питания, ликвидируя тем самым зону нечувствитель- 0 ности усилителя. Предположим, что во время работы увеличилось давление в выходной камере 14. Для компенсации воздействия этого давления на рабочую площадь заслонки, выходная камера 14 15 соединена с камерой 12. При увеличении выходного давления мембрана 15 перемещается вверх, натяжениЕ пружины 17 соответственно уменьшается,как и сила, оттягивающая заслонку 8 вниз,>Q причем настолько, насколько.возникает прибавка в силе от давления в выходной камере 14 на рабочей площади заслонки 8.

Параметры жесткостей пружины растя25 жения, пружины сжатия, эффективной площади мембраны и рабочей площади заслонки определяются из следующих соображений.

Выберем положительные направления 3О координат перемещения разделительной мембраны 15 Х и заслонки Х и рассмотрим силы, действующие на заслонку (фиг. 2). Введем следующие обозна. чения: 35 эффективная плйаадь мембрайы

15, используемой для разгрузки заслонки; рабочая площадь заслонки; жесткость пружины сжатия 17; жесткость пружины сжатия 16;

s — площадь "сброса" заслонки, P — давление в камере питания; о

РР— давление в выходной камере 14.

Рассмотрим силы, действующие на з аслонку

)- =(Р -Р )Я -Р Я % (Х -Х ) . (11) ВНИИПИ Заказ 5603/39

Тираж 699 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4

Силы, действующие на мембрану 15, используемую для разгрузки заслонки

F„=(Pо „)Э1- ) (Хм+ХЗ) Мс Х (12)

Условия статического равновесия

F Оу Х - О, F О. (13)

Учитывая выражение (13) можем переписать выражения (11) и (12) как (e Р.)52 озо+) .Хм=Рай (Ч

,-;),-(,",) .=

) 5 («)

"м g+®

Подставляя выражение (15) в выражение (14), получим

Р -(Р -Р )е -Р е + „" (Рд-ее)е,, (и!

" "1 "2

В статике необходимо, чтобы F =О.

Как видно из выражения (17), сила действующая на заслонку, содержит две составляющие (где

3(вых)=(pï и) ° 2

1 2

По условиям статического равнове= сия для заслонки необходимо, чтобу одновременно выражения (19) и (20) были равны О. Р компенсируется начальным растяжением пружины жесткостью К„, а для компенсации F3 (Р ы„) йз выражения (19) следует, что