Гидравлический усилитель

(51)5 Р 15 В 3 Ни БРЕТЕН К АВТО МУ С ТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Саратовский политехнический институт(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам автоматического управления гидравлическимимеханизмами, и может быть использовано в 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 диэлементах 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,лектрическое сопло 10, соединенное с тоцовой полостью 8. Электретная заслонка закреплена в преднапряженном состоянии на диэлектрическом кронштейне 12. Электроды 13 и 14 преобразователя соединены с источником управляющего напряжения, Фиксирующие элементы (пружины) 15 и 16 совместно с диафрагмой 17 закреплены в средней сухой полости 18 гидроцилиндра 3 с возможностью перемещения и фиксации вдоль оси гидроцилиндра, Фиксирующие 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 электро- гидравлического преобразователя 19 присоединено к торцовой полости 8.Гидравлический усилитель работает следующим образом, При отсутствии управ 1640459имеет крутую спадающую характеристику 10производительности АВ (фиг;2). В качестве 15 В соответствии с характеристикой,Ру(0 у)при Оу = 0 Оу = О и в торцовой полости 8 20 40 45 50 55 ляющего напряжения Оу на электродах 13 и 14 электрогидравлического преобразователя электретная заслонка 11 эа счет преднап 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 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. управляющий источник 7 питания обеспечивает статическое давление Р 0 (фиг.2). Для того чтобы это давления Ро не отклоняло заслонку 11 от среза сопла 10, и выполняют поеднапряженное состояние электретной заслонки 11 (начальный изгиб), Поскольку золотник 6 является связующим элементом между управляющей торцовой полостью 8 и силовой торцовой полостью 2, при таком начальном положении (Оу = 0) 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 Р 0. 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 АВ силового источника питания выбирают пологой, т,е. источник 1 питания должен быть мощным. На практике характеристики АВ и АВ необязательно линейны, но и в этом случае мощность силового источника питания должна быть намного больше мощности управляющего источника питания,т.е. характеристика АВ 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 Яп должен быть меньше модуля дифференциальной крутизны источника управления Яу. 25 30 35 При подаче некоторого напряжения Оу0 на электроды 13 и 14 электрогидравлического преобразователя (условная полярность указана на фиг.2) электретная заслонка 11 (несущая 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 Оу(например, в точке В на фиг,2 это расход ЦУ 2). Усредненное статичЕ- ское давление в торцовой полости 8 при этом, исходя их расходной характеристики АВ, устанавливается равным Р 2. 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./2Рс) + . = сопз 12различно и статическое давление в каждои точке поршня.На поршень 9 действует силаР =0 Р (Я)бЯ,где Я - площадь поршня 9. Давление Р 2 (фиг.2) при этом может быть вычислено как усредненная величина по всей поверхности поршня;Р 2 = - 0 Р (Я)ОЯ,1ЯИсходя из того, что золотник 6 является связующим элементом между тОрцовымиполостями 8 и 2, новое равновесное положение золотйика возможно только в случае,когда и в,торцовой полости 2 устанавливается усредненное статическое давление Р 2.Это возможно только при смещении золотника 6 влево по чертежу, открытии дросселирующего паза под. поршнем 5 ипоявлении.в йагрузке 4 расхода Ог (точка Вна расходной характеристике А Вфиг.2). .При таком смещении золотника 6 в полости2 также образуется течение силового потокажидкости и каждая точка поверхности поршня 5 испытывает различное статическоедавление:дЯРст +- с- = сопзт.2Исходя из того, что места присоединений источников 7 и 1 питания к гидроцилиндру 3 находятся на одной образующейгидроцилиндра, 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 автомодельно.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, Рг или Р 1 на фиг.2). Получается,что при любом напряжении Оу нэ 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 О, и Оу, эффект наличия усиления по мощности налицо, поскольку О,Оу в любой момент равновесия,Коэффициент усиления по мощностигидравлического усилителяОРОПоскольку коэффициент усиления по мощности электрогидравлического преобразователя близок к единице,Кв = 1. Ос Рс У У На фиг,2 при равновесном статическом давлении Рг К Ос 2 Р 2 Ос 2 ОУ 2 Р 2 ОУ 23, - Рг - В- Сг Я Рг В Ог и равен отношению площадей заштрихованных фигур. Становится ясным, почему с ростом мощности силового источника питания (с увеличением пологости характеристики производительности А В ) растет1величина Кв. В прототипе, как было показано ранее, с ростом мощности силового источника питания Км 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 по моцности достигаетсякак быразложением вектора мощности Й= = Рст 0 на две составляющие: статического давления Р, и расхода О, причем находится элемент (золотник 6), который по величине 10 Рст выравнивает силовой и управляющийисточники питания. Соотношение же расходов и дает усилительный эффект по мощности,Коэффициент усиления по мощности 15 усилителя0 РКи -Ц 1 у:где Рс - давление в торцовой полости 2;20 1 у - ток, потребляемый электрогидравлическим преобразователем от источника управляющего напряжения,Технико-экономические преимуществаописанного усилителя:25 1, Повышается коэффициент усиленияпо мощности и при заданном соотношениимощностей силового и управляющего источников питания остается постоянным и независящим практически ни от чего.30 2, Повышается. точность позиционирования, т.е. отработки входного управляющегонапряжения, поскольку появляется как быобратная связь с выхода (от силового потока) на вход (на управляющий поток) посред 35 ством общего для обеих цепей золотника,3, Ожидается повышение быстродействия при управлении, поскольку силовой йоток энергии приобретает "активность" ксэмовыравниванию. как бы отслеживает уп 40 равляющее задание посредством величиныстатического давления.4. Облегчается юстировка начальногоположения золотника,5. Появляется возможность управляю 45 щую и силовую торцовые полости использовать с различными типами жидкости,например масло - вода, и даже в сочетаниижидкость - Газ,50 Формула изобретенияГидравлический усилитель, содержащийсиловой и управляющий источники питания, управляющее устройство, гидравлическую нагрузку, гидроцилиндр, разделенный зо лотником с .фиксирующими элементамина среднюю и две торцовые полости, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коэффициента усиления по мощности, силовой источник питания и гидравлическаяс.1640459 Составитель И, Яковенко едактор Б, федотов Техред М.Моргентал Корректор И. Муска, каз 1261 Тираж 392 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 твенно-издательский комбинаг "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 рои нагрузка соединены с одной из торцовых полостей гидроцилиидра, а управляющий источник питания и управляющее устройство.соединены с второй торцовой полостью,причем точки подсоединения управляющего и силового источников питания, управляющего устройства и нагрузки находятся в одной диаметральной плоскости цилиндра,