Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком (варианты)
Изобретение относится к машиностроению. Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком предназначен для автоматического управления гидравлическим последующим, нижним контуром системы или исполнительным механизмом посредством гидравлического мостика. Принцип прямого электромагнитного управления характеристиками потока основан на магнитореологических эффектах изменения внутренней энергии частиц магнетика и энергии взаимодействия частиц между собой в магнитном поле, а также взаимодействия частиц с магнитным полем. Технический результат - повышение быстродействия, точности, надежности и долговечности верхнего контура системы, следовательно, гидравлической системы в целом, за счет применения гидроаппаратуры с конструкцией, исключающей подвижные механические элементы. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к машиностроению.
Уровень техники
Известны системы US 6116144 A1, US 3257949 A1, US 2004/0247451 A1, SU 1834421 A1, RU 2443911 C1.
Раскрытие изобретения
Известна гидравлическая система, описанная в патенте US 6116144 A1, где регулирование рабочим органом осуществляется с использованием магнитореологической жидкости, в качестве рабочей среды и магнитореологических дросселей, включенных по схеме гидравлического мостика. Недостатком данной системы является низкий коэффициент полезного действия, характерный для гидравлических систем с дросселирующим принципом управления. В предложенной системе использование регулируемого магнитодинамического насоса и контура магнитореологических дросселей-гидрозамков, включенных по схеме гидравлического мостика, как блока до регулирования позволяет избежать этого недостатка.
Наиболее близкими являются конструкции регулируемых магнитодинамических насосных элементов, указанные в патентах US 3257949 A1 и US 2004/0247451 A1.
В отличие от патента US 3257949 A1, в котором насос содержит спиральные элементы, расположенные в радиальном направлении относительно движения потока жидкости и образующие своеобразный сердечник, а также имеет систему фиксированного, полярного изменения магнитного поля по направлению потока жидкости, предлагаемый магнитодинамический насос не имеет данного сердечника, а содержит разгонный модуль, имеющий спиральные элементы, расположенные в кольцевом зазоре по направлению движения потока жидкости и у него отсутствует система фиксированного полярного изменения магнитного поля, что уменьшает габариты и улучшает динамические характеристики системы.
Также в отличие от патентов US 3257949 A1 и US 2004/0247451 A1 магнитодинамический насос выполнен в виде спирально-кольцевого канала с расположенным радиально по периферии каскадом блоков электромагнитного управления, состоящих из элементов дифференциальной обмотки, которые ориентированы в осевом направлении кольцевого канала. Вращательно-поступательное движение магнитореологической жидкости организуется группой данных элементов расположенных по периферии кольцевого канала (снаружи или внутри) магнитодинамического насосного модуля, включение элементов последующего блока, входящего в каскад осуществляется с угловым сдвигом по сигналу системы управления. Это значительно упрощает конструкцию и улучшает рабочие параметры магнитодинамического насоса.
В отличие от патента US 2004/0247451 A1 шнеки разгонных блоков предлагаемого магнитодинамического насоса, ориентированы в осевом направлении и расположены радиально, выступая в качестве направляющего аппарата. Это позволяет создавать вращательно-поступательное движение жидкости в канале за счет взаимодействия спиральной поверхности проточной части разгонного блока и потока магнитореологической жидкости, вращающегося под действием бегущего управляющего магнитного поля (магнитного поля в виде вращающейся бегущей спирали). Использование данного принципа образования вращающейся зоны течения в радиальном направлении позволяет уменьшить линейные размеры проточной части насосной магнитодинамической системы при создании большей передаваемой мощности.
Диафрагменный насос - дозатор SU 1834421 А1 - управляет потоком магнитореологической жидкости за счет разбалансировки гидравлического моста, посредством изменения сопротивления на магнитореологических дросселях, включенных в его контур, создавая знакопеременное движение рабочей среды. В отличие от SU 1834421 А1 в предложенной приводной системе управление можно осуществлять за счет, как объемного регулирования, то есть посредством изменения объема подачи регулируемого магнитодинамического насоса, так и при помощи дроссельного управления расходом в контурах гидравлического моста, а также комбинированным объемным и дроссельным регулированием. Это повышает глубину регулирования системы. Применение магнитодинамического насоса, из-за отсутствия в его конструкции подвижных механических элементов позволяет повысить скорость отклика системы на сигнал управления при объемном регулировании и избежать механической деструкции частиц магнетика. Также предложенная конструкция магнитодинамического насоса позволяет обеспечить стабильные рабочие характеристики при достаточно быстром отклике системы на изменения управляющего сигнала и избежать явлений нежелательной турбулентности, снижая потери энергии в системе.
Конструкция RU 2443911 С1 описывает приводную систему, в которой для управления используются входные и выходные магнитореологические дроссели, применяемые для изменения давлений в сильфонных гидроцилиндрах, а рабочее давление в системе создается посредством гидравлической насосной станции. В отличие от RU 2443911 С1 в предложенной системе применяется комбинация магнитодинамического объемного и магнитореологического дроссельного управления, что повышает скорость и глубину регулирования приводной системы, а также долговечность рабочей среды.
Предложенная конструкция магнитодинамического насоса в отличие от устройств, представленных в патентах US 6116144 A1, US 3257949 A1, US 2004/0247451 A1, SU 1834421 A1, RU 2443911 C1 универсальна в монтаже и легко модифицируема.
Технический результат
Технический результат достигается тем, что применение в магнитореологической системе магнитодинамического насоса подобной конструкции препятствует механической деструкции частиц магнитореологической жидкости, продлевая срок эксплуатации рабочей среды, а для организации вращательно-поступательного движения жидкой среды используется комбинация спирального направляющего аппарата и вращающегося электромагнитного поля, это позволяет задавать регулируемую радиальную составляющую скорости, что дает возможность избежать явлений нежелательной турбулентности, присущих иным конструкциям насосов с вращательно-поступательным движением жидкой среды в широких диапазонах: рабочих скоростей и сечений проточной части, а именно за счет отсутствия механических частей и наличия гироскопического эффекта. Также комбинированное управление рабочим процессом привода при помощи изменения параметров, частоты смены сигналов на обмотках магнитодинамического насоса и длительности импульсов приводит к изменению гидравлических параметров потока магнитореологической жидкости, а изменение частоты смены сигналов и длительности импульсов, подаваемых на блоки электромагнитного управления магнитореологических дросселей-гидрозамков позволяет в совокупности осуществлять точное до регулирование рабочих характеристик магнитореологического привода.
Осуществление изобретения
Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком, Фиг. 1, состоит из магнитодинамического насоса с герметичным полым корпусом, образующим гидравлический контур, в корпусе выполнены магнитореологические разгонные блоки, состоящие из неподвижных магнитопроводящих шнеков, консолидированных с корпусом и являющихся направляющим аппаратом, на шнеки установлены обтекатели 1, серии магнитореологических дросселей-гидрозамков 2-5, гидравлического мостика 6, приводимого исполнительного элемента 7, гидролиний 8, 9, диагонали гидравлического мостика 10 и бака 11. Установленные в контур гидравлического мостика магнитореологические дроссели-гидрозамки имеют компоновку аналогичную компоновки стандартной гидроаппаратуры, устанавливаемой в контуры гидравлических мостиков. В корпусе насоса выполнены наливной и напорный патрубки. Насос имеет возможность повышения мощности посредством увеличения длины разгонных блоков и количества разгонных блоков путем расширения конструкции магнитодинамического насоса в пространстве. Увеличение количества разгонных блоков производится выполнением серии магнитодинамических разгонных блоков в едином корпусе с объединением входов и выходов. Возможны варианты блоков электромагнитного управления потоком с большим количеством элементов обмотки и фаз, при этом число элементов кратно количеству фаз. Каскады блоков электромагнитного управления интегрированы во внутреннюю полость шнеков. Для подачи рабочей среды к контуру гидравлического мостика используется магнитодинамический насос, конструкция разгонных блоков которого, Фиг. 2 и Фиг. 5 позволяет осуществлять транспортировку магнитореологической жидкости посредством магнитного поля в виде вращающейся бегущей спирали, индуцируемого каскадом блоков электромагнитного управления потоком, Фиг. 4, а также за счет гироскопических эффектов жидкой среды, моделируемых направляющим аппаратом. Каскады блоков электромагнитного управления состоят из элементов дифференциальной обмотки, расположенных по окружности, инициирующих вращательно-поступательное движение магнитореологической жидкости и создающих условия транспортировки магнитореологической жидкости в зазоре образованном шнеком и цилиндрическим корпусом. Нагрузка на дифференциальные элементы обмотки блоков электромагнитного управления, входящих в каскад подается по схеме подключения многофазного асинхронного электродвигателя таким образом, что регулирование подачи магнитодинамического насоса осуществляется в зависимости от скорости изменения характеристик магнитного поля и частоты переключения элементов кольцевой дифференциальной обмотки каскадов блоков электромагнитного управления потоком. Также возможна конструкция магнитодинамических разгонных блоков с применением комбинации: каскадов блоков электромагнитного управления интегрированных во внутреннюю полость шнеков, на которые установлены обтекатели и каскадов блоков электромагнитного управления установленных на корпус, при данной конструкции корпус и шнек являются полыми и магнитопроводящими.
Верхний контур гидравлической системы с гидравлическим мостиком включает в себя гидроаппараты установленные в управляющие гидролинии, а именно: серию регуляторов давления - магнитореологических дросселей-гидрозамков, образующих гидравлический мостик, магнитодинамический насос, гидробак, гидролинии, подведенные к камерам исполнительного элемента и гидролинию, идущую на слив.
Устройство работает следующим образом.
С целью повышения эффективности и снижения потерь электрической мощности привода, в данной системе применяется управление не только посредством магнитореологических дросселей, образующих гидравлических мостик, а используется принцип комбинированного управления. Для этих целей применяется регулируемый магнитодинамический насос. Поэтому изменение параметров, частоты смены сигналов на обмотках магнитодинамического насоса и длительности импульсов приводит к изменению гидравлических параметров потока магнитореологической жидкости, а изменение частоты смены сигналов и длительности импульсов, подаваемых на блоки электромагнитного управления магнитореологических дросселей-гидрозамков позволяет осуществлять точное до регулирование рабочих характеристик магнитореологического привода. Транспортировка магнитореологической жидкости магнитодинамическим насосом осуществляется бегущим магнитным полем, индуцируемым каскадом блоков электромагнитного управления потоком, которые состоят из элементов дифференциальной обмотки и образуют разгонные блоки магнитодинамического насоса. По сигналу системы управления происходит включение обмоток каждого последующего блока, при этом включение обмотки блока начинается со смещения на один элемент дифференциальной обмотки, то есть с угловым сдвигом. Применение в магнитореологической системе магнитодинамического насоса препятствует механической деструкции частиц магнитореологической жидкости, что продлевает срок эксплуатации рабочей среды. Подключение элементов дифференциальной обмотки блоков электромагнитного управления, входящих в каскад аналогично схеме подключения многофазного асинхронного электродвигателя таким образом, что регулирование подачи рабочей среды осуществляется в зависимости от изменения характеристик магнитного поля и скорости переключения элементов кольцевой дифференциальной обмотки каскадов блоков электромагнитного управления потоком.
Перечень последовательностей
Ссылочные обозначения Фиг. 1
Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком:
1 - магнитодинамический насос,
2, 3, 4, 5 - магнитореологические дроссели-гидрозамки,
6 - гидромостик,
7 - исполнительный элемент,
8, 9 - гидролинии,
10 - диагональ гидравлического мостика,
11 - бак.
Ссылочные обозначения Фиг. 2
Магнитодинамический разгонный блок - конструкция с каскадом внутренних блоков электромагнитного управления потоком:
1 - шнек,
2 - корпус,
3 - обтекатель,
4 - каскад внутренних блоков электромагнитного управления потоком.
Ссылочные обозначения Фиг. 3
Магнитодинамический насос:
1 - наливной патрубок,
2 - корпус,
3 - разгонный блок,
4 - напорный патрубок.
Ссылочные обозначения Фиг. 4
Каскад блоков электромагнитного управления потоком:
А - Фаза А
В - Фаза В
С - Фаза С
Ссылочные обозначения Фиг. 5
Магнитодинамический разгонный блок - конструкция с комбинацией каскадов блоков электромагнитного управления потоком:
1 - шнек,
2 - корпус,
3 - обтекатель,
4 - каскад внутренних блоков электромагнитного управления потоком,
5 - каскад внешних блоков электромагнитного управления потоком.
1. Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком, содержащий регулируемый магнитодинамический насос, отличающийся тем, что герметичный полый корпус магнитодинамического насоса образует гидравлический контур, в корпусе выполнены магнитодинамические разгонные блоки, состоящие из неподвижных магнитопроводящих шнеков, которые консолидированы с корпусом и являются направляющим аппаратом, на шнеки установлены обтекатели, во внутреннюю полость шнеков магнитодинамических разгонных блоков интегрированы каскады блоков электромагнитного управления потоком, состоящие из элементов дифференциальной обмотки, расположенных по окружности, инициирующих вращательно-поступательное движение магнитореологической жидкости и создающих условия транспортировки магнитореологической жидкости в зазоре, образованном шнеком и цилиндрическим корпусом, подключение элементов дифференциальной обмотки блоков электромагнитного управления, входящих в каскад аналогично схеме подключения многофазного асинхронного электродвигателя таким образом, что регулирование подачи рабочей среды осуществляется в зависимости от изменения характеристик магнитного поля и скорости переключения элементов кольцевой дифференциальной обмотки каскадов блоков электромагнитного управления потоком, образующих разгонные блоки магнитодинамического насоса, в корпусе насоса выполнены наливной и напорный патрубки, магнитодинамический насос имеет возможность повышения мощности посредством увеличения длины разгонных блоков и количества разгонных блоков путем расширения конструкции магнитодинамического насоса в пространстве, возможны варианты блоков электромагнитного управления потоком с большим количеством элементов обмотки и фаз, при этом число элементов кратно количеству фаз.
2. Магнитореологический привод прямого электромагнитного управления характеристиками потока верхнего контура гидравлической системы с гидравлическим мостиком, содержащий регулируемый магнитодинамический насос, отличающийся тем, что герметичный полый корпус магнитодинамического насоса образует гидравлический контур, в корпусе выполнены магнитодинамические разгонные блоки, состоящие из неподвижных магнитопроводящих шнеков, которые консолидированы с корпусом и являются направляющим аппаратом, на шнеки установлены обтекатели, магнитодинамические разгонные блоки имеют комбинацию: каскадов блоков электромагнитного управления потоком, интегрированных во внутреннюю полость шнеков, и каскадов блоков электромагнитного управления потоком, установленных на корпус, каскады блоков электромагнитного управления потоком состоят из элементов дифференциальной обмотки, расположенных по окружности, инициируют вращательно-поступательное движение магнитореологической жидкости и создают условия транспортировки магнитореологической жидкости в зазоре, образованном шнеком и цилиндрическим корпусом, подключение элементов дифференциальной обмотки блоков электромагнитного управления, входящих в каскад аналогично схеме подключения многофазного асинхронного электродвигателя таким образом, что регулирование подачи рабочей среды осуществляется в зависимости от изменения характеристик магнитного поля и скорости переключения элементов кольцевой дифференциальной обмотки каскадов блоков электромагнитного управления потоком, образующих разгонные блоки магнитодинамического насоса, в корпусе насоса выполнены наливной и напорный патрубки, магнитодинамический насос имеет возможность повышения мощности посредством увеличения длины разгонных блоков и количества разгонных блоков путем расширения конструкции магнитодинамического насоса в пространстве, возможны варианты блоков электромагнитного управления потоком с большим количеством элементов обмотки и фаз, при этом число элементов кратно количеству фаз, при данной конструкции корпус и шнек являются полыми и магнитопроводящими.
