Регулятор скорости вращения

 

I. РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ , содержащий винтовую пару, винт которой жестко закреплен навалу задающего электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения , гидроцилиндр, шток которого закреплен неподвижно, а корпус установлен с возможностью осевого перемещения , причем полости гидроцилиндра соединены с выходами распределительного золотника, вход которого соединен с напорной магистралью, и узел отрицательной обратной связи, отлич ающийся тем, что, с целью снижения мощности сигнала управления, обеспечения дистанционной передачи сигналов управления повышения быстродействия, надежности и упрощения регулятора, он снабжен усилителем, состоящим из постоянных дросселей, выполненных в виде винтовых канавок на крайних поясках распределительного золотника, соедияющих напорную магистраль через два не связанных между собой осевых канала в распределительном золотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубками с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляющей вилкой j выполненной в виде закрепленного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулируемый конец которого расположен между двумя подвижными доньвпками жестко закрепленных первых сильфонов-приемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закрепленными первыми сильфонаь«датчиками , между донышками которых расположена гайка, а узел отрицательв ной обратной связи выполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра, жестко закрепленных внутри первых сильфонов-приемников , причем между подвижными донышками первых и вторых сильфоновприемников расположены пружины,- а вторые сильфоны-приемники соединены трубопроводами с двумя неподвижно ycтaнoвлeнны и вторыми сильфонамиЭд датчиками, на подвижных дошлпках |й которых жестко закреплены ролики, контактирующие с регулируемыми клиньями , закрепленными на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра. 2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с. целью регулирования коэффициента передачи отрицательной обратись связи, регулируе1«1е клинья выполнены в виде поворотной планки, жестко эа11иксированной на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра посредством оси, проходящей через центр поворотной

(191 (11) СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(511 G 05 1) 13/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н CBTOPCKCINV CBBBTFJlhCTBV (2! ) 3583593/18-24 (22) 25.04.83 (46) 30.09.84. Бкщ . II 36 (72) Г.И.Денисенко, А.Ф.Домрачев и Н.А.Шихайлов (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции

Н 3) 621.43.038.5-551.2(088.8) (56) I Патент Японии К 52-18360, кл. F 15 В 9/14, опублик. 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

У 951251, кл. G 05 3 13/08, 1980 (прототип) (54) (57) I РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащий винтовую пару, винт которой жестко закреплен на валу задающего электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения, гидроцилиндр, шток которого закреплен неподвижно, а корпус устаl новлен с возможностью осевого перемещения, причем полости гидроцилиндра соединены с выходами распределительного золотника, вход которого соединен с напорной магистралью, и узел отрицательной обратной связи, отличающийся тем, что, с целью снижения мощности сигнапа управления„ обеспечения дистанционной передачи сигиапов управления повьппения быстродействия, надежнос ти н упрощения регулятора, он снабжен усилителем, состоящим из постоянных дросселей, выполненных в виде винтовых канавок на крайних поясках распределительного золотника, соедияющих напорную магистраль через два не связанных между собой осевых канала в распределительном золотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубками с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляющей вилкой, выполненной в виде закрепленного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулируеьый конец которого расположен между двумя подвижными донышками жестко закрепленных первых сильфонов-приемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закрепленными первыми сильфонамидатчиками, между донышками которых расположена гайка, а узел отрицатель- Я ной обратной связи выполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра, жестко закрепленных внутри первых сильфонов-приемников, причем между подвижными до С2 нышками первых и вторых сильфоновприемников расположены пружины, а. вторые сильфоны"приемники соединены трубопроводами с двумя неподвижно установленными вторыми сильфонамидатчиками, на подвижных донышках которых жестко закреплены ролики, контактирующие с регулируеьымй клинь ями, закрепленными на наружной по . верхности корпуса гидроцилиндра.

2. Регулятор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью регулирования коэффициента передачи отрицательной обратной связи, регулируемие клинья выполнены в виде поворотной ппанки, жестко зафиксиро" ванной на наружной поверхности корпуса гидроцилиидра посредством оси, проходящей через центр поворотной

1116418 планки, и фиксирующего элемента, например штифта, проходящего через одно из ряда отверстий, выполненных на обоих концах поворотной планки по радиусу, проведенному из ее центра, и отверстие в одной из двух пластин, жестко закрепленных на противоположИзобретение относится к механизмам общего назначения, в частности к регуляторам скорости, и может быть использовано для регулирования скоростИ вращения ветряных, авиацион- 5 ных и других двигателей. Известно устройство электрогидравлического следящего привода вращательного движения с объектом регулирования, задающим двигателем и двух 10 каскадным сервоклапаном с элементом

"сопло-заслонка" в предварительном каскаде усиления, причем заслонка выполнена в виде способного поворачиваться вокруг неподвижной оси ры- 15 чага, один конец расположен между соплами, а другой соединен с передачей винт-гайка, содержащим постоянные дроссели, выполненные в виде отдельных элементов (11 . 20

Однако в известном устройстве отсутствует обратная связь между основным и предварительным каскадами усиления, что затрудняет надежную и устойчивую работу системы, а выполнение постоянных дросселей предварительного каскада в виде склонных к засорению и труднонастраиваемых отдельных элементов снижает надежность системы и усложняет конструкцию1. 30

Кроме того, в этом устройстве трудно осуществить передачу сигнапа управления и сигнала отрицательной обратной связи на расстояние в силу жесткой кинематической связи гайки З5 . с заслонкой с одной стороны и вала объекта регулирования с винтомс другой.

Наиболее близким по технической. сущности к изобретению является регулятор скорости вращения, содержа щий винтовую пару, винт которой жестко закреплен на валу задающего ных концах наружной поверхности корпуса гидроцилйндра, причем отверстия на противоположных концах поворотной планки выполнены таким образом,что отверстия на одном из ее концов расположены относительно отверстий на дру.гом ее конце в промежутке между ними. ! электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения, и регулирующий орган, состоящий из распределительного золотника, шток которого жестко связан с гайкой, и гидроцилиндра, шток которого закреп лен неподвижно, а корпус гидроци линдра связан через рычаг обратной связи с корпусом распределительного з олотника (2) .

Данный регулятор скорости вращения имеет увеличенную мощность задающего электродвигателя, что обусловлено наличием значительных осевых сил, действующих на распределительный золотник, пропускающий рабочую жидкость под давлением.

Эти силы, помимо требования увеличения мощности задающего электродвигателя для их преодоления, снижают динамические характеристики системы, уменьшая ее быстродействие, а отсутствие специальных мер, как правило, сложных в изготовлении, дпя обеспечения смазки трущихся пар и предотвращения заклииения распределительного золотника снижают надежность регулятора скорости вращения и усложняют конструкцию в случае выполнения этих мер традиционными методами.

Кроме того, указанный регулятор скорости вращения имеет жесткую отрицательную обратную связь, что предполагает близкое взаимное расположение гидроцилиндра и распределительного золотника, а также жесткую связь штока распределительного золотника с гайкой, установленной на валу объекта регулирования, что в свою очередь предполагает близкое взаимное расположение винтовой пары, 1ll64l

3 а значит, и объекта регулирования, и распределительного золотника. Выполнение указанных требований по компоновке регулятора скорости вращения в некоторых устройствах трудноосуществимо, например, в ветроэнергетических установках, где кинематическая цепь от ветроколеса с поворотными лопастями, угол атаки которых изменяется при помощи гидроцилиндра указанного регулятора скорости вращения, к приводимому им so вращение электрогенератору, на валу которого установлена винтовая пара, имеет значительные пространственные габариты . Укаэанные причины . увеличивают мощность сигнала управления, формируемого задающим электродвигателем, затрудняют передачу управляющих сигналов и сигналов отрицательной обратной связи на расстояние, а также снижают быстродействие и надежность системы, для повышения которой необходимо усложнение конструкции. 25

Цель изобретения — снижение мощности сигнала управления, обеспечение дистанционной передачи сигналов управления, повышение быстродействия, надежности и упрощение регулятора.

Указанная цель достигается тем, 30 что регулятор скорости вращения, со-. держащий винтовую лару, винт которой жестко закреплен на валу задающего электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения, гидроцилиндр, шток которого . закреплен неподвижно, а корпус установлен с возможностью осевого перемещения, причем полости гидроцилинд- 40 ра соединены с выходами распределительного золотника, вход которого соединен с напорной магистралью, и узел отрицательной обратной связи, снабжен усилителем, состоящим из по-. 4 стоянных дросселей, выполненных в виде винтовых канавок на крайних поясках распределительного зопотника, соединяющих напорную магистраль через два не связанных между собой осевых канала в распределительном золотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубка- ми с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляющей вилкой, выполненной в виде закреппенного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулц.8 4 руемый конец которого расположен между двумя подвижными донышками жестко закрепленных первых сйльфойов приемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закреппенными первыми сильфонами-датчиками, между донышками которых расположена гайка, а узел отрицательной обратной связи выполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра, жестко закрепленных внутри первых сильфонов-приемников, причем между подвижными донышками первых и вторых сильфонов-приемников расположены пружины, а вторые сильфоны-приемники соединены трубопроводами с двумя неподвижно установленными вторыми сильфонами-датчиками, на подвижных донышках которых жестко закреплены ролики, контактирующие с регулируемыми клиньями, закреппенными на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра.

Кроме того, регулируемые клинья выполнены в виде поворотной планки, жестко зафиксированной на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра посредством оси, проходящей через центр поворотной планки, и фиксирующего элемента, например штифта, проходящего через одно из ряда отвер- . стий, выполненных на обоих концах поворотной планки по радиусу, проведенному иэ ее центра, и отверстие в одной из двух пластин, жестко закрепленных на противоположных концах наружной поверхности корпуса гидроцилиндра, причем отверстия на противоположных концах поворотной планки выполнены таким образом, что отверстия на одном иэ ее кбнцов расположены относительно отверстий на другом ее конце в промежутках между ними.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - механизм обратной связи, вид сверху; на фиг. 3 — то же, вид сбоку.

Регулятор скорости вращения (фиг.!1 содержит датчик скорости (винтовую пару), состоящий из винта 2, жестко закрепленного на валу задающего электродвигателя 3, гайки 4, способной навинчиваться на винт 2 и свободно перемещаться вдоль вала объекта регулирования, например электрогенерато. ра 5, получающего вращение от вала двигателя 1на фиг.l не показан) через

1 116418 передачу 6, и корпуса подшипника 7, который ппотно зажат двумя симметрич но расположенными относительно корпуса подшипника 7 подвижными донышками жестко закрепленных первых сильфонов-датчиков 8, связанных трубопроводами 9 с двумя неподвижно закрепленными и симметрично расположенными относительно регулируемого конца

l0 управляющей вилки 11 первыми сильфонами-приемниками 12. Регулируемый конец 10 управляющей вилки 11, установленный на неподвижной оси 13 с возможностью поворота вокруг последней, одним своим концом ввинчивается 15 в управляющую вилку ll, а другой его конец ппотно зажат подвижными донышками первых сильфонов-приемников 12.

Управляющая вилка 1! образует с труба ми с боковыми отверстиями 14 и 15, 2Р жестко закрепленными на срецнем пояске распределительного золотника 16, переменные дроссели. Рабочая жидкость под давлением к трубкам с боко— выми отверстиями 14 и 15 подводится от напорной магистрали 17 через постоянные дроссели 18 и 19, выполненные в виде винтовых канавок, расположенных на крайних поясках распределительного золотника 16, осевые не 3р связанные между собой каналы 20 и 21 и поперечные каналы 22 и 23 на среднем пояске распределительного золотника 16. Магистрали 24 и 25 сообщают распределительный золотник с неподвижно установленными штоком 26 гидро— цилиндра, корпус 27 которого непосредственно управляет органом, который изменяет скорость вращения электрогенератора 5 через передачу 6 (не показан), например изменяющим угол атаки лопастей ветродвигателя.

На корпусе 27 гидроцилиндра неподвижно зафиксированы регулируемые клинья

28, плотно контактирующие посредством45 роликов 29 с двумя симметрично расI положенными относительно гидроцилиндра и жестко закрепленными вторыми сильфонами-датчиками 30, причем ролики 29 жестко связаны с подвижны- 5р ми донышками последних, которые в свою очередь соединены трубопроводами 31 с вторыми сильфонами-приемниками 32, неподвижно установленными . внутри первых сильфонов-приемников 12. Между подвижными доньппками вторых 32 и первых 12 сильфоновприемников установлены пружины 33.

При выполнении клиньев 28 в виде поворотной планки !фиг.2 н фиг.31 по. следняя устанавливается на наружной поверхности корпуса 27 гидроцилиндра при помощи оси 34, проходящей через центр поворотной планки 28, с возможностью поворота вокруг последней и фиксируется в одном из возможных положений посредством фиксирующего элемента, например штифта 35, проходящего через одно из ряда отверстий 36 и 37, выполненных на обоих концах поворотной планки 28 по радиусу, проведенному из ее центра, и отверстие в одной из двух пластин 38, жестко закрепленных на противоположных концах наружной поверхности подвижного корпуса 27 гидроцилиндра, причем отверстия 36 и 37 выполнены таким образом, что отверстия 36 расположены относительно отверстий 37 со смещением относительно продольной оси поворотной планки 28, как бы в промежутках между ними, а фиксация последней в одном из возможных положений осуществляется осью 34 и одним фиксирующим элементом, например штифтом 35.

Регулятор скорости вращения работает следующим образом.

Задающий электродвигатель 3 вращается с постоянной скоростью. При превышении скорости вращения объектом регулирования, например электрогенератором 5 скорости вращения задающего электродвигателя 3, уве †" личивается скорость вращения гайки 4 относительно винта 2. В результате этого гайка 4 начнет навинчиваться на винт 2 и сожмет через корпус подшипника 7 правый первый сильфон-датчик 8. При этом рабочая жидкость вытеснится из него и по правому трубопроводу 9 попадет в полость между правым первым сильфоном-приемником 12 и правым вторым сильфоном-приемником 32, в результате чего донышко правого сильфонаприемника 12 под действием давления рабочей жидкости повернет регулируемый конец 10 управляющей вилки 11 по часовой стрелке вокруг оси 13, а левый второй сильфон-датчик 30 плотно прижмется своим роликом 29 к левому краю поворотной планки 28 под действием повышенного давления, действующего одновременно и на донышко правого второго сильфона-при1116418 емника 32 При повороте управляющей вилки 11 последняя приблизится к трубке с боковым отверстием !4 и удалится от аналогичной трубки 15, увеличив тем самым через ка- 5 налы 22 и 20 давление в левой торцовой камере. В результате нарушится равновесие гидравлического моста, образованного постоянными дросселями 18 и 19 и переменными дросселями, состоящими из трубок с боковыми отверстиями 14 и 15 и управляющей .вилки II, и распределительный золотник 16 сместится вправо на величину, равную смещению управляющей вилки I), открывая доступ рабочей жидкости из напорной магистрали 17 по магистрали 24 к верхней 3 по чертежу) полости гидроцилиндра, вызвав при этом перемещение корпуса 27 последнего вверх и, как следствие, его воздействие непосредственно на рабочий орган !не показан), например кривошип или рычаг поворачивающий лопасть ветродвигателя, что приводит к снижению оборотов вала ветроколеса, а значит, через передачу 6 и оборотов электрогенератора 5 . .Одновременно при своем движении вверх корпус 27 гидроцилиндра увлечет за собой зафиксированную в одном из возможных положений поворотную планку 28, которая че. рез правый ролик 29 сожмет правый второй сильфон-датчик 30. Вытесненная из него рабочая жидкость под

/ 35 давлением по трубопроводу 31 попадет в левый второй сильфон-приемник 32

t разожмет его и увеличит давление в полости, образованной левым первым сильфоном-приемником 12 и вто40 рым сильфоном-приемником 32, в результате разожмется и первый сильфон-приемник 12, так как деформация первого сильфона-датчика 8 невозможна в силу жесткой связи последнего

45 с корпусом подшипника 7. Движение корпуса 27 гидроцилиндра вверх будет продолжаться до тех пор, пока усилия, действующие на донышки обоих первых сильфонов-приемников 12, вызванные давлением рабочей жидкости, не сравняются и управляющая вилка 11 не займет своего первоначального положения относительно трубок с боковыми отверстиями 14 и 15. В результате этого распределительный золотник 16 также займет первоначальное положение и доступ рабочей жидкости из напорной магистрали 17 к гидроцилиндру прекратится, а последний остановится. Это равновесие наступит в тот момент, когда скорости враще. ния электрогенератора 5 и задающего электродвигателя 3 выравняются.

Коэффициент передачи отрицательной обратной связи можно регулировать, поворачивая поворотную планку 28 вокруг оси 34 и фиксируя ее в одном иэ возможных положений одним штифтом 35, проходящим через одно из отверстий 36 или 37 в поворотной планке 28 и отверстие в одной из пластин 38, причем для увеличения количества возможных значений коэффициента передачи отрицательнсФ обратной связи взаимное расположение отверстий 36 и 37 относительно продольной оси поворотной планки 28 выполнено со смещением так, что отверстия 37 находятся как бы в проме" жутках между отверстиями 36.

Величина проводимости постоянных дросселей 18 и 19 при смещении распределительного золотника 16 остается постоянной в силу постоянства длин винтовых каналов дросселей, образованных винтовыми канавками, нарезанными таким образом, что жидкость из напорной магистрали 17 может попасть лишь под торец золотника, и поясков на гильзе распределительно"

ro золотника шириной Р (фиг.1),.

Геометрические размеры винтовых канавок выбираются из соотношения

Sd4 n

hP

1Фрйд, 5 где 0 — расход через дроссель; — ширина канвки;

8 — глубина канавки; шаг винтовой линии;

Д вЂ” динамический коэффициент вязкости б, — средний диаметр винтовой канавки;

Ь вЂ” ширина пояска на гильзе распределительного золотника; ьр- перепад давлений на дроссепе

11 — показатель степени (и !) для ламинарного режима течения и (и 2) для турбулентного.

Варьируя величинами Ь, S и d можно по конструктивным или технологическим соображениям выбирать геометрические размеры вин! 116418 аЧ = ьЧ ; ЛЧ! х г товых канавок в широких пределах.

Балансировка дросселей 18. и 19 может быть осуществлена при помощи подстроечных дросселей 39.

Подстройка предварительного 5 каскада усиления производится изменением длины регулируемого конца 10 управляющей вилки 11, который можно ввинчивать или вывинчивать иэ последней, а установка начальных 10 зазоров в переменных дросселях, образованных трубками с боковыми отверстиями и управляющей вилкой, может быть осуществлена как тщательной подгонкой размеров управляю- 15 щей вилки, так и выполнением звеньев а и с последней подвижными с фиксацией в одном из возможных положений (не показано} .

Учитывая. факт, что смещение 20 корпуса подшипника 7 составляет величину порядка нескольких миллиметров, а смещение управляющей вилки 1 E нескольких десятых долей миллиметра, необходимо обеспечить редукцию 25 перемещения от первых сильфоновдатчиков 8 к первым сильфонам †приемникам 12, что достигается соответствующим подбором диаметров сильфонов. Действительно, при деформации, например, правого первого сильфона-датчика 8 его донышко переместится на величину Х, вызвав при этом изменение объема последнего на величину мЧ„

АЧ1 Х4 Г4 Э

30 где„р = — J- — эффективная площадь пер

4 вого сильфона-датчика 8. Такой же

40 объем рабочей жидкости по трубопроводу 9 поступит в полость между правым первым сильфоном-приемником 12 и вторым сильфоном-приемником 32, вызвав смещение доньппка первого силь45 фона-приемника 12 на величину Х,„, в то время как доньппко второго сильфЬна-приемника 32 останется неподвижным, так как движение гидроцилиндра еще не началось, т.е. можно записать

ЭП, где Г =--,— — эффективная плошадь пер

4 ного сил ьфон а — приемник а 12.

Тогда получим

Г 411В

1 F„=Х F Или 1= — = —.= = — i

Г, 4 TED

1 л где 1 — передаточное число указанной передачи.

При уменьшении скорости вращения электрогенератора 5,т. е. когда обороты ветродвигателя упали ниже требуемого значения, определяемого оборотами заДающего электродвигателя 3, взаимодействие элементов регулятора скорости вращения совершается в обратном порядке.

Предлагаемый регулятор скорости вращения поддерживает постоянной скорость вращения ветряных, авиационных и других двигателей, что достигается соответствующим подбором объекту регулирования задающего электродвигателя . При этом мощность задающего электродвигателя значительно снижена благодаря наличию сравнительно простого в изготовлении предварительного каскада усиления, переменные дросселя которого выполнены в виде трубок с боковыми отверстиями, а их настройка осуществляется щупом,. введенным в зазор. между трубками и подвижными звеньями 0 и С, которые после установки фиксируются в нужном положении. Кроме того, выполнение постоянных дросселей этого кас- када в виде винтовых канавок позволяет повысить надежность и быстродействие регулятора скорости вращения.

При этом в регуляторе скорости вращения существует возможность передачи управляющих сигналов и сигналов отрицательной обратной связи на расстояние, что в некоторых случаях, например при поддержании скорости вращения ветроколеса ветроустановки постоянной, крайне необходимо ввиду пространственной рассредоточенности агрегатов и узлов последнего.

) 164!8

1116418

Фиа 2

Составитель Н .Шихайлов

Техред С.JIeresa

Корректор Е, Сир охман .

Редактор М.Келемеш

Подписное

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

Заказ 6929/38 Тираж 841

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5