Датчик угловой скорости

1) Дополнительн вт, свид-ву Кл,е 6 01 Р 326 1) 219 лено 17,11.75 с присоединение аявкиосударстевнный комитет оеета Министров СССР по делам изобретенийи открытий(43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень1 088,8 45) Дата опубликов я описания 11.04.7 72) Авторы изобретени В. М. Третьяк, Мхлова И. Г. Шейнкер иВ,Л.Х Институт проблем надежност АН Белорусс(71) Заявител ин и долговечностой ССР СТ ЛОВОЙ 54) ДАТЧ Изоения лагабретение относится к системам управл 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 преобразовыватьв непрерывньш сигнал (давление).Цель изобретения - увеличение мощностивыходного сигнала и уменьшение расхода рабочей жидкости датчика угловой скорости.Это достигается тем, что контактные по 10 верхности ротора и статора предлагаемогодатчика выполнены плоскими, прн этом роторизготовлен самоустанавлпваюшпмся с глухими отверстиями, снабжен нажимным устройством и зафиксирован относительно статора15 штифтом. В статоре дополнительно выполнены отверстия питания, чередующиеся с отверстиями слива, а струйный элемент изготовлен в виде тупикового насадка, соединенногос входом питающих отверстий.20 На фнг. 1 схематически показан предемый датчик угловой скорости,Г 1 редлагаемый датчик угловой скорости состоит из статора 1, закрепленного в стакане2, и ротора 3, хвостовик которого размещен с25 возможностью само становкн в расточке 4вала 5, скорость которого измеряется. Роторцентрируется относительно статора штифтом6 н прижнмастся и нему пружнноЙ 7, Штифт8, запрессованный 1 в отверстие вала 5, входит30 свопм концом в паз ротора 3. В статоре 1имеются отверстия питания 9, сообщающиесяс отверстием 10, и отверстия слива 11, Струйный элемент 12 типа тупикового насадка имеет вход в виде сопла 13, выход 14 и контроль.ные отверстия 15 и 16 для измерения входного и выходного давлений. Вход 13 соединенс источником давления жидкости (не показан), выход 14 - с отверстием 10, а отверстия 15 и 16 - с регулирующим устройством17. Параллельно к отверстию 10 может также подключаться аккумулятор 18 (показанпунктиром).На плоской торцовой рабочей поверхностиротора имеется ряд глухих отверстий 19, расположенных по окружности, концентричнойоси вращения. На такой же окружности нарабочей поверхности статора 1 поочереднорасположены отверстия питания 9 и сливныеотверстия 11,На фиг. 2 показан датчик с плоскими рабочими поверхностями, у которого вместо пружины 7 (фиг. 1) применяется нажимное устройство в виде гидроцилиндра, образуемогоотверстием 4 вала 5 и хвостовиком 20 ротора3. 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 идо 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 передаетсяротору 3.При вращении ротора 3 глухие отверстия19, проходя мимо отверстий питания 9, заполняются жидкостью, При прохождении отверстий 19 мимо отверстий слива 11 эта жидкость выбрасывается в отверстия слива поддействием 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 струйныйэлемент 12 поступает новое количество жидкости, равное унесенному отверстиями 19,Следовательно, при вращении ротора 3 в датчике устанавливается расход жидкости Ьпропорциональный угловой скорости ротора инаправленный от струйного элемента 12 к ротору,При прохождении потока жидкости черезструйный элемент 12 часть кинетической энергии потока преобразуется в потенциальнуюэнергию в виде ударного давления. Вследствие этого давление в контрольном отверстии 20 25 30 35 40 45 50 55 60 55 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 датчика и воспринимается регистрирующим устройством 17 (показывающим прибором, например, дифференциальным манометром, или же измерительным устройством гидросистемы управления машины, которой принадлежит 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;Я, - расход жидкости на питание датчика;р - плотность жидкости;1 - площадь выходного отверстия сопла13;7( - коэффициент, зависящий от конструкции струйного элемента 12.Зависимость выходного сигнала датчика отугловой скорости а ротора 3 показана нафиг. 3.Предельной (критической) для датчика является угловая скорость онрит, при которойпотребляемый им расход равен максимальновозможному расходу через отверстия 9 призаданном давлении питания, либо скорость,при которой время прохождения отверстия19 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 поверхностьимеет большую твердость, чем статор 1 (например, применяется пара закаленная стальчугун), 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 упругостисистемы 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 питанияи слива аналогично плоским распределителямобъемных гидромашин,600445 й 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 изобретенияДатчик 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 глухимиотверстиями, снабжен нажимным устройством и зафиксирован относительно статора посредством штифта, в статоре дополнительновыполнены отверстия питания, чередующиесяс отверстиями слива, а струйный элемент выполнен в виде тупикового насадка, соединенного с входом питающих отверстий.10 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Елимедих И. М., Сидоркин Ю. Г. Струйная автоматика. Лениздат, 1972, с. 137.2. Патент Японии49 в 261, кл. 11115 А 21, 54 В 23, опублик. 1974.3. Патент США3613459, кл. 73-506,апублик. 1974.600445 Составитель В. Ожеехрсд Л, Гладкова 1(оррскторы: Л. Брахнина и Е. Хмеле Осочник ак Заказ 26772 ПодписноеСССР Н ипографпя, пр, Сапунова, 2 Изд. М 3 осмдарствснног по делам 113035, Москв