Датчик угловой скорости

 

О П И С А Н И Е (i) 600445

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Йо(оз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.11.75 (21) 2190741/10 с присоединением заявки № (51) М. Кл.е 6 01Р 3,(26 государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (53) УДК 531.771(088.8) (45) Дата опубликования описания 11.04.78

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Л. Г. Красневский, И. Г. Шейнкер, В. М. Третьяк, М. Г. Беляков и В. Л. Хохлова (71) Заявитель

Институт проблем надежности и долговечности машин

АН Белорусской ССР (54) ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ

Изобретение относится к системам управления машинами и механизмами.

Для измерения угловой скорости используют (например, в центробежных регуляторах) золотниковые датчики, использующие воздействие центробежных сил, регулирующий орган-золотник. Эти датчики отличаются сложностью и трудоемкостью. Известны также датчики с трубкой Пито и вращающимся кожухом (1, 21. Их применение ограничено в связи с большими габаритами.

Более удобны, просты и надежны датчики, содержащие струйный элемент и взаимодействующий с ним ротор. Известен датчик, содержащий ротор, связанный с контролируемым валом и имеющий ряд отверстий, статор с отверстием для питания, расположенным соосно отверстиям ротора, и струйный элемент, вход которого соединен с источником давления воздуха. Расход воздуха, а следовательно, давление на выходе датчика зависят от угловой скорости ротора.

Недостаток известной конструкции заключается в том, что применительно к гидравлическим системам, давление в которых значительно выше, чем в пневматических, для питания датчика необходим большой расход жидкости. Если же используется низкое давление питания, то выходной сигнал требует последующего усиления. Кроме того, прп работе на жидкостях в качестве выходного сигнала может использоваться только переменная частота пульсации выходного давления, которую необходимо затем преобразовывать в непрерывньш сигнал (давление).

Цель изобретения — увеличение мощности выходного сигнала и уменьшение расхода рабочей жидкости датчика угловой скорости.

Это достигается тем, ITO контактные поверхности ротора и статора предлагаемого датчика выполнены плоскими, при этом ротор изготовлен самоустанавлпваютцпмся с глухими отверстиями, снабжен нажимным устройством и зафиксирован относительно статора (б штифтом. В статоре дополнительно выполнены отверстия питания, чередующиеся с отверстиями слива, а струйный элемент изготовлен в виде тупикового насадка, соединенного с входом питающих отверстий.

20 На фпг. 1 схематически показан предлагаемый датчик угловой скорости.

Предлагаемый датчик угловой скорости состоит из статора 1, закрепленного в стакане

2, и ротора 3, хвостовик которого размещен с

25 o io uiocTbm cairoycTavon)<» n расточке 4 вала 5, скорость которого измеряется. Ротор центрируется относительно статора штифтом

6 н прижпмастся и нему пружиной 7, Штифт

8, запрессованный в отверстие вала 5. входит

30 свопм концом в паз ротора 3. В статоре 1

600445

15 имеются отверстия питания 9, сообщающиеся с отверстием 10, и отверстия слива 11, Струйный элемент 12 типа тупикового насадка име. ет вход в виде сопла 13, выход 14 и контрольные отверстия 15 и 16 для измерения входного и выходного давлений. Вход 13 соединен с источником давления жидкости (не показан), выход 14 — с отверстием 10, а отверстия 15 и 16 — с регулирующим устройством

17. Параллельно к отверстию 10 может также подключаться аккумулятор 18 (показан пунктиром).

На плоской торцовой рабочей поверхности ротора имеется ряд глухих отверстий 19, расположенных по окружности, концентричной оси вращения. На такой же окружности на рабочей поверхности статора 1 поочередно расположены отверстия питания 9 и сливные отверстия 11.

На фиг. 2 показан датчик с плоскими рабочими поверхностями, у которого вместо пружины 7 (фиг. 1) применяется нажимное устройство в виде гидроцилиндра, образуемого отверстием 4 вала 5 и хвостовиком 20 ротора

3. Отверстие 4 каналами 21, 22 и 23 сообщается с окнами питания 9 и отверстием 10.

Хвостовик 20 имеет уплотнение 24.

Датчик работает следующим образом.

При неподвижном вале 5 отверстия питания 9 перекрыты ротором 3 (фиг. 1), и расход жидкости через них равен нулю. Вследствие этого давления во всех точках гидравлической магистрали от входа в сопло 13 и до отверстий питания 9, в том числе в контрольных отверстиях 15 и 16, одинаковы и равны давлению питания, подводимому от источника давления.

Вращение вала 5 штифтом 8 передается ротору 3.

При вращении ротора 3 глухие отверстия

19, проходя мимо отверстий питания 9, заполняются жидкостью. При прохождении отверстий 19 мимо отверстий слива 11 эта жидкость выбрасывается в отверстия слива под действием центробежных сил и гравитационных сил, а из них попадает в дренажную систему и далее — в масляную емкость гидросистемы (не показана). За один оборот ротора 3 из отверстий питания 9 уносится количество жидкости, равное произведению объема отверстий 19 на число отверстий питания.

Под действием давления от внешнего источника к отверстиям питания 9 через струйный элемент 12 поступает новое количество жидкости, равное унесенному отверстиями 19.

Следовательно, при вращении ротора 3 в датчике устанавливается расход жидкости Q>, пропорциональный угловой скорости ротора и направленный от струйного элемента 12 к ротору.

При прохождении потока жидкости через струйный элемент 12 часть кинетической энергии потока преобразуется в потенциальную энергию в виде ударного давления. Вследствие этого давление в контрольном отверстии

15 равно статическому давлению потока, а в контрольном отверстии 16 — сумме статического и ударного давлений. При этом давления в обоих отверстиях меньше давления на входе в струйный элемент. Разность между давлениями в отверстиях 16 и 15, равная ударному давлению, является выходным сигналом дат-. чика и воспринимается регистрирующим уст= ройством 17 (показывающим прибором, например, дифференциальным манометром, или же измерительным устройством гидросистемы управления машины, которой принадле>кит контролируемый вал 5).

Ударное давление зависит от расхода жидкости через струйный элемент 12, т. е. от угловой скорости ротора 3, и вычисляется по формуле где Р— ударное давление;

Q> — расход жидкости на питание датчика; р — плотность жидкости;

f — площадь выходного отверстия сопла

13;

7(— коэффициент, зависящий от конструкции струйного элемента 12.

Зависимость выходного сигнала датчика от угловой скорости а ротора 3 показана на фиг. 3.

Предельной (критической) для датчика является угловая скорость о>р„при которой потребляемый им расход равен максимально возмо>кному расходу через отверстия 9 при заданном давлении питания, либо скорость, при которой время прохождения отверстия

19 мимо отверстий питания и слива становится недостаточным для их заполнения или опорожнения.

Для обеспечения постоянства характеристики датчика, зависящей от объема отверстий 19, ротор 3 или его рабочая поверхность имеет большую твердость, чем статор 1 (например, применяется пара закаленная сталь чугун), вследствие чего при работе изнашивается только статор.

Таким образом, расход через датчики имеет импульсный характер, причем частота импульсов равна частоте прохождения отверстий питания 9.

Однако при работе датчика с гидравлическими системами, имеющими упругие элементы (например, подпружиненные золотники) пульсации сглаживаются за счет упругости системы и при этом способствуют уменьшению трения и облитеррации золотников.

В случае работы с жесткими гидросистемами к датчику может быть подключен аккумулятор 18 (фиг. 1) . На величину пульсации, т. е. на характер изменения расхода, можно воздействовать за счет формы, размеров и шага отверстий 19, отверстий питания и слива аналогично плоским распределителям объемных гидромашин.

600445

Г, А

Нажимное устройство ротора может быть выполнено в виде гидроцилиндра (фиг. 2), сообщающегося с каналом питания 10, отверстиями 21, 22 и 23. В этом случае под давлением в камере 4 ротор 3 прижимается к статору.

Формула изобретения

Датчик угловой скорости, содержащий статор, ротор, связанный с контролируемым валом и имеющий отверстия, расположенные соосно с отверстиями статора, и струйный элемент, вход которого соединен с источником давления, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности выходного сигнала и уменьшения расхода рабочей жидкости, контактирующие поверхности ротора и статора выполнены плоскими, при этом ротор изготовлен самоустанавливающимся с глухими отверстиями, снабжен нажимным устройством и зафиксирован относительно статора посредством штифта, в статоре дополнительно выполнены отверстия питания, чередующиеся с отверстиями слива, а струйный элемент выполнен в виде тупикового насадка, соединенного с входом питающих отверстий.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Елимедих И. М., Сидоркин Ю. Г. Струйная автоматика. Лениздат, 1972, с. 137.

2. Патент Японии № 49 — 26158, кл. 111

15 А 21, 54В 23, опублик. 1974.

3. Патент США № 3613459, кл. 73-506, апублик. 1974.

600445

20 2Ф г

P л г/а т2

ig й) 1/сРя

Рг.г г,У

Составитель В. Оже

Редактор А. Осочников Техрсд Л. Гладкова 1(оррскторы; Л. Брахнина и Е. Хмелева

Подписное

Заказ 267/2 Изд. ¹ 334 Тираж 1122

НПО Государственного комитета Соьста Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, нр, Càïóíoâà, 2 4

Л/;Ог

I оиг. 2