Усилитель мощности

,ЯО 1105901 А З(50 0 06 О 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ М с дед Ь,ф:. л 4 КНИА К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Донецкое отделение института "Гипроуглеавтоматизация"(56) 1. Автоматические приборы, регуляторы и управляющие машины. Справочное пособие. Л., "Машиностроение" 1968, с. 385-388.2. Авторское свидетельство СССР М 676769, кл. Р 15 С 3/04, 1978 (прототип).(54 ) ( 57 ) 1. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий установленный в корпуседвухмембранный блок с общим жесткимцентром, выполненным в виде штокас осевым каналом, соединенным через .радиальное отверстие с камерой сброса между мембранами, подключенной катмосфере, клапаны питания и сброса,выполненные с общей заслонкой и двумя концентричными седлами, причемодно 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 упруС гим элементом и корпусом соединена ю с выходной камерой, причем величины эффективной площади з упругого элемента, рабочей площади з заслонки, жесткости %, пружины и жесткости К С упругого элемента связаны соотноше- нием1105901 Изобретение относится к средствам пневмогидроавтоматики, а именно к усилителям мощности аналоговых сиг-налов.Известны усилители мощности, со держащие установленные в корпусе мембраны, сопла, клапан питания, дроссель, пружины 1).Однако такие усилители имеют сложную конструкцию в связи с наличием 10 трех мембран, дросселя, двух сопл .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностиявляется уси-. литель мощности, содержащий двухмемб" ранный 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 20 подпружиненной заслонкой и двумя концентричными седлами, заслонка клапанов выполнена в виде плоского диска с радиальными пазами, располОженными на его торце со стороны седел, причем 25 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)Наличие пазов, образующих дроссельные отверстия, вызывает постоянный расход рабочего тела. Кроме того, не разгруженнОсть заслонки уменьшает точность усилителя.Целью изобретения является умень 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, установ. ленным 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 осевойканал, соединенный с камерой сброса5, клапанов питания и сброса с двумяконцентричными соплами б, 7 и общейзаслонкой 8. Неподвижное седло 7 соединено с корпусом 1, а внутреннееподвижное седло б образовано торцомштока 4,2. Усилитель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я 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 щ и й с я 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, авторым подвижным седлом является торец штока мембранного блока, камерупитания, расположенную между непод"вижным седлом и корпусом, входнуюкамеру, расположенную между первоймембраной и корпусом., выходную камеру, расположенную между неподвижнымседлом и второй мембраной, каналыпитания, входной и выходной, в камере питания установлен узел разгрузки, выполненный в виде упругогоэлемента, связанного через пружину сзаслонкой, глухая камера .между упругим элементом и корпусом соединенас выходной камерой, причем величиныэффективной площади з упругого элемента, рабочей площади з заслонки,жесткости пружины К и жесткости К 2упругого элемента связаны соотношением(1 о)По условиям статического равновесия для заслонки необходимо, чтобыодновременно выражения (9) и (10)были равны О. Р компенсируется наЗочальным сжатием пружины жесткостью Кдля компенсации силы Р ( Ро) из)выражения (9) следует, что 0 1 сф+ 1 с 6 При выполнении упругого элементав виде сильфона 9 его подвижный торец связан через пружину сжатия 10 и тягу 11 с заслонкой 8. Глухая камера 12, образованная стаканом 13, сое. динена с выходной камерой 14.При выполнении упругого элемента в виде мембраны 15, связанной с корпусом пружиной сжатия 1 б, 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 об" разом.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 непод. вижное сопло 7, разрывая связь выход. ной камеры 14 с камерой питания 18. При уменьшении величины входного давления шток 4 приподнимается над заслонкой 8 и через осевой канал што. ка часть давления сбрасывается в атмбсферу.Разгрузка заслонки 8 от действия давления питания и выходного давления осуществляется следующим образом.Давление питания в камере 18, дей. ствуя 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 на 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 8 вниз, причем настолько, насколько возникает прибавка в силе от давления в выходной камере 14 на рабочей площади ,заслонки 8.5 Параметры жесткости сильфона ипружины сжатия, эффективной площади сильфона и рабочей площади заслонки выбираются из следующих соображений.Выберем положительные направле- О ния координат смещения сильфона Хо изаслонки Х и рассмотрим силы, дейст вующие на заслонку (фиг. 1) . Введем следующие обозначения:эффективная площадь сильфона;35 Вг - рабочая площадь заслонки;)с - жесткость пружины;о - площадь фсброса" заслонки Р - давление в камере питания 20 Р - давление в выходной камере,Силы, действующие на заслонку( о )з45 В статике необходимо, чтобы Р =О.Как видно из.выражения (6), сила,действующая на заслонку содержит двесоставляющие(20) 1+ К 2 Есл и в качестве упру гого элементаиспользуется мембрана 15 (фиг. 2),то устройство работает следующимобразом,Давление питания в камере 18 действует на мембрану 15 и вызывает ееперемещение, воздействуя через пружину на заслонку 8, компенсируя дейст"вия давления питания на площадь заслонки со стороны камеры питания, ликвидируя тем самым зону нечувствитель Оности усилителя, Предположим, что вовремя работы увеличилось давление ввыходной камере 14. Для компенсациивоздействия этого давления на рабочуюплощадь заслонки, выходная камера 14 15соединена с камерой 12. При увеличении выходного давления мембрана 15перемещается вверх, натяжениЕ пружины 17 соответственно уменьшается,каки сила, оттягивающая заслонку 8 вниз,20причем настолько, насколько.возникает прибавка в силе от давления в выходной камере 14 на рабочей площадизаслонки 8.Параметры жесткостей пружины растя 25жения, пружины сжатия, эффективнойплощади мембраны и рабочей площадизаслонки определяются из следующихсоображений,Выберем положительные направления ЗОкоординат перемещения разделительноймембраны 15 Х и заслонки Х и рассмотрим силы, действующие на заслонку (фиг, 2). Введем следующие обозначения: 35эффективная пло 1 оадь мембрайы15, используемой для разгрузки заслонки;51 - рабочая площадь заслонки;жесткость пружины сжатия 17;жесткость пружины сжатия 16;з, - площадь "сброса" заслонки;Р - давление в камере питания;Рр - давление в выходной камере 14.Рассмотрим силы, действующие назаслонку(Рр Рп)2 Рло+ (Х -Х ), (11) ВНИИПИ Заказ 5603/39Тираж 699 Подписное Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектная Силы, действующие на мембрану 15, используемую для разгрузки заслонкиЕм (Ро р)Б-Ъ(Х,+Х, )-% Х(12)Условия статического равновесия Р Оу Х - О, Р О. (13) Учитывая выражение (13) можем переписать выражений (11) и (12) какРр )з 2 о 1 Хм 3,.(р,-р),-д,+ ,"(Р-е,), (Ч В статике необходимо, чтобы=О. Как видно из выражения (17), сила действующая на заслонку, содержит две составляющие где 8(8 ЫХ) ( П П) 2 1( ) По условиям статического равновесия для заслонки необходимо, чтобу одновременно выражения (19) и (20) были равны О. Р компенсируется на. чальным растяжением пружины жесткостью К, а для компенсации Рз (Р 8 ы) йз выражения (19) следует, что