Гидравлический усилитель

 

Изобретение относится к машиностроению , в частности к системам автоматического управления гидравлическими механизмами, и может быть использовано в элементах гидравлических цепей. Цель изобретения - повышение коэффициента усиления по мощности. В гидравлическом усилителе силовой источник 1 питания и гидравлическая нагрузка 4 соединены с торцовой полостью 2 гидроцилиндра, управляющий источник 7 питания и электрогидравлический преобразователь 19 соединены с другой торцовой полостью 8 гидроцилиндра. В устройстве повышена точность позиционирования , а также повышен коэффициент усиления по мощности и остается практически постоянным. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 15 В 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4629029/24 (22) 25.11.88 (46) 07.04.91. Бюл. ¹ 13 (71) Саратовский политехнический институт (72) В.В.Власов (53) 68-31(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹260340,,кл. F 15 В 3/00, 1968. (54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам автоматического управления гидравлическими механизмами, и может быть использовано B

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам автоматического управления гидравлическими механизмами, и может быть использовано в элементах гидравлических цепей.

Цель изобретения — повышение коэффициента усиления по мощности.

На фиг.1 приведена схема гидравлического усилителя, на фиг,2 приведены характеристики производительности источника управляющего питания и силового источника питания.

Устройство содержит силовой источник

1 питания, соединенный с правой торцовой полостью 2 гидроцилиндра 3. Гидравлическая нагрузка 4 соединена со спивным пазом; который перекрывается поршнем 5 золотника 6. Управляющий источник 7 питания соединен с левой (по чертежу) торцовой полостью 8 гидроцилиндра 3. Торцовая полость 8 ограничена поршнем 9 золотника б.

Тип управляющего устройства — электрогидравлический преобразователь. Он содержит ди„„!Ж„, 1640459 Al элементах гидравлических цепей. Цель изобретения — повышение коэффициента усиления по мощности. В гидравлическом усилителе силовой источник 1 питания и гидравлическая нагрузка 4 соединены с торцовой полостью 2 гидроцилиндра, управляющий источник 7 питания и электрогидравлический преобразователь 19 соединены с другой торцовой полостью 8 гидроцилиндра. В устройстве повышена точность позиционирования, а также повышен коэффициент усиления по мощности и остается практически постоянным. 2 ил, электрическое сопло 10, соединенное с торцовой полостью 8. Электретная заслонка 11 закреплена в преднапряженном состоянии на диэлектрическом кронштейне 12. Электроды 13 и 14 преобразователя соединены с источником управляющего напряжения, Фиксирующие элементы (пружины) 15 и 16 0 совместно с диафрагмой 17 закреплены в ф, средней сухой полости 18 гидроцилиндра 3 С) с возможностью перемещения и фиксации ф вдоль оси гидроцилиндра. Фиксирующие у элементы предназначены для начальной установки и юстировки золотника б. Источник

1 питания присоединен к торцовой полости 2 на образующей гидроцилиндра 3, на которой управляющий источник 7 питания присоединен к торцовой полости 8. Нагрузка 4 присоединена к гидроцилиндру 3 на образующей, нэ которой сопло 10 электрогидравлического преобразователя 19 присоединено к торцовой полости 8.

Гидравлический усилитель работает следующим образом. При отсутствии управ1640459

40

\ е ляющего напряжения Uy на электродах 13 и

14 электрогидравлического преобразователя зле ктретная заслонка 11 эа счет и реднап ряженного состояния (начального изгиба) перекрывает сопло 10. Торцовая полость 8 гидроцилиндра 3 оказывается замкнутой, и расход через нее от управляющего источника 7 питания отсутствует. Источник 7 питания настраивают таким образом, что он имеет крутую спадающую характеристику 10 производительности АВ (фиг;2). В качестве такого источника питания может служить любой насос, обеспечивающий мягкую характеристику за счет специального включения редукционных, разгрузочных и других клапанов. Чем круче характеристики производительности, тем меньшей мощностью обладает управляющий источник питания.

В соответствии с характеристикой,Py(Qy) при Uy = 0 Qy = 0 и в торцовой полости 8 20 управляющий источник 7 питания обеспечивает статическое давление Р (фиг.2). Для того чтобы это давления Р0 не отклоняло заслонку 11 от среза сопла 10, и выполняют поеднапряженное состояние электретной заслонки 11 (нэчальный изгиб), Поскольку золотник 6 является связующим элементом между управляющей торцовой полостью 8 и силовой торцовой полостью 2, при таком начальном положении (Uy = О) силовой источник 1 питания настраивают таким образом, чтобы при отсутствии расхода (поршень 5 перекрывает дросселирующий паз к нагрузке 4) давление в полости 2 тоже было равным Р0. Это осуществляется также настройкой силового источника питания за счет редукционных, разгрузочных и других клапанов, Начальное положение поршня 5 и всего золотника 6 обеспечивают фиксирующими элементами 15 — 17. Характеристику производительности А В силового источника питания выбирают пологой, т,е. источник

1 питания должен быть мощным. На практике характеристики АВ и А В необязательно линейны, но и в этом случае мощность силового источника питания должна быть намного больше мощности управляющего источника питания,т.е. характеристика А В должна быть как можно положе, а характеристика АВ (фиг.2) — как можно круче, Таким образом, для создания усилительного эффекта усилителя модуль дифференциальной крутизны источника питания Sn должен быть меньше модуля дифференциальной крутизны источника управления Sy .

При подаче некоторого напряжения

Uy > 0 на электроды 13 и 14 электрогидрэвлического преобразователя (условная полярность указана на фиг.2) электретная заслонка 11 (несущэя на себе условно положительный заряд) за счет электрических сил

Кулона перемещается к электроду 14 и удаляется (тем самым) от электрода 13. Через сопло 10 из торцовой полости 8 образуется расход жидкости Qy (например, в точке В на фиг.2 это расход Qyz). Усредненное статическое давление в торцовой полости 8 при этом, исходя их расходной характеристики

АВ, устанавливается равным Р2. Отметим, что при указанных на фиг.2 местах присоединения управляющего источника 7 питания и сопла 10 электрогидравлического преобразователя к торцовой полости 8 поршень 9 золотника 6 полностью обтекается рабочей жидкостью. Скорость рабочей жидкости при этом в каждой точке поверхности поршня 9 отличается от других исходя из уравнения Бернулли. /2

Pn + - — -.- = const

2 различно и статическое давление в каждои точке поршня.

На поршень 9 действует сила

F =0 Р (S) dS, S где S — площадь поршня 9. Давление Pz (фиг.2) при этом может быть вычислено как усредненная величина по всей поверхности поршня;

Рг = — fj P«(S)oS.

S

Исходя из того, что золотник 6 является связующим элементом между тОрцовыми полостями 8 и 2, новое равновесное положение золотйика возможно только в случае, когда и в.торцовой полости 2 устанавливается усредненное статическое давление Pz.

Это возможно только при смещении золотника 6 влево по чертежу, открытии дросселирующего паза под. поршнем 5 и появлении в йагрузке 4 расхода 0 (точка В на расходной характеристике А В фиг.2). КПри таком смещении золотника 6 в полости

2 также образуется течение силового потока жидкости и каждая точка поверхности поршня 5 испытывает различное статическое давление: ачба

Рст + — с- = const.

Исходя из того, что места присоединений источников 7 и 1 питания к гидроцилиндру 3 находятся на одной образующей

1640459 гидроцилиндра, а также места присоединения нагрузки 4 и сопла 10 электрогидравлического преобразователя к гидроцилиндру

3 находятся на одной образующей гидроцилиндра, естественно предположить, что поля скоростей в полостях 8 и 2 примерно одинаковы. Иными словами, течение рабочей.жидкости в полостях 8 и 2 автомодел ьно.

А если здесь возможны некоторые отличия в распределении статических давлений на поршни 9 и 5, усредненные величины давлений в полостях 8 и 2 всегда строго равны (например, Р2 или Pi на фиг.2). Получается, ! что при любом напряжении Uy на электродах 13 и 14 электрогидравлического преобразователя среднее давление в полостях 8 и 2 одно и то же, но поскольку такое равновесие золотника 6 достигается при различных значениях Qc u Qy. эффект наличия усиления по мощности налицо, поскольку

Qc» 0у В ЛЮбОй МОМЕНТ РаВНОВЕСИЯ.

Коэффициент усиления по мощности гидравлического усилителя

QÄ PÄ QÄ

Поскольку коэффициент усиления по мощности электрогидравлического преобразователя близок к единице, KN = >>1.

Qc Pc

У У

На фиг,2 при равновесном статическом давлении Pz

Qc2 Р2 Qc2

Qy2 Р2 Qy2

Sp — Рг —  — Qc2 >> „

Sc Р2 8 Qyg и равен отношению площадей заштрихованных фигур. Становится ясным, почему с ростом мощности силового источника питания (с увеличением пологости характеристики производительности А В ) растет

I 1 величина Ktv. В прототипе, как было показано ранее, с ростом мощности силового источника питания Kg уменьшается и в пределе стремится к нулю. В предлагаемом усилителе все наоборот: с ростом мощности силового источника питания Ки растет в пределе до бесконечности. Таким образом, в предложенном техническом решении получается строгая компенсация силового потока в каждый момент времени по величине усредненного статического давления, чего нет в прототипе, хотя, как указывалось, прототип изначально был задуман как система с идеальной компенсацией реакции силового потока жидкости.

В предлагаемом техническом решении

5 эффект усиления Ilo мо цности достигается как быразложением вектора мощности N=

= Pc> 0 на две составляющие: статического давления Р,т и расхода Q, причем находится элемент (золотник 6), который по величине

10 Рст выравнивает силовой и управляющий источники питания. Соотношение же расходов и дает усилительный эффект по мощности, Коэффициент усиления по мощности

15 усилителя

К 0 Р

Км— и У

:где Рс — давление в торцовой полости 2;

20 ly — ток, потребляемый электрогидравлическим преобразователем от источника управляющего напряжения, Технико-экономические преимущества описанного усилителя:

25 1. Повышается коэффициент усиления по мощности и при заданном соотношении мощностей силового и управляющего источников питания остается постоянным и не зависящим практически ни от чего.

30 2. Повышается. точность позиционирования, т.е. отработки входного управляющего напряжения, поскольку появляется как бы обратная связь с выхода (от силового потока) на вход (на управляющий поток) посред35 ством общего для обеих цепей золотника.

3, Ожидается повышение быстродействия при управлении, поскольку силовой йоток энергии приобретает "активность" к самовыравниванию. как бы отслеживает уп40 равляющее задание посредством величины статического давления.

4. Облегчается юстировка начального положения золотника, 5. Появляется возможность управляю45 щую и силовую торцовые полости использовать с различными типами жидкости, например масло — вода, и даже в сочетании жидкость газ.

50 Формула изобретения

Гидравлический усилитель, содержащий силовой и управляющий источники питания, управляющее устройство, гидравлическую нагрузку, гидроцилиндр, разделенный зо55 лотником с .фиксирующими элементами на среднюю и две торцовые полости, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления по мощности, силовой источник питания и гидравлическая с.

1640459 фу2 1

gN ЯИО ас1 Рог2

Qc3

Составитель И. Яковенко

Техред М.Моргентал Корректор И. Муска .

Редактор Б. Федотов

Заказ 1261 Тираж 392 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 нагрузка соединены с одной из торцовых полостей гидроцилиидра, а управляющий источник питания и управляющее устройст во.соединены с второй торцовой полостью, причем точки подсоединения управляющего и силового источников питания, управляющего устройства и нагрузки находятся в одной диаметральной плоскости цилиндра,