RU2300672C2

RU2300672C2 - Magneto-striction electro-hydraulic amplifier

Info

Publication number: RU2300672C2
Application number: RU2005112996/06A
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Демин (RU); Станислав Борисович Демин
Original assignee: Пензенская государственная технологическая академия
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2007-06-10
Also published as: RU2005112996A

Abstract

FIELD: technology for controlling hydraulic executing devices of technological equipment.

SUBSTANCE: amplifier is meant for controlling hydraulic executing devices in technological equipment. Amplifier contains a working liquid source, two constant throttles, differential magnetostriction executive drive, four control windings, two controllable nozzles, electronic control block, executive element, two lines for feeding working liquid and control signal.

EFFECT: increased precision and reliability of transformation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроавтоматике и предназначено для управления гидравлическими исполнительными устройствами технологического оборудования.The invention relates to hydraulic equipment and is intended to control hydraulic actuators of technological equipment.

Известен электрогидравлический усилитель мощности, А.с. СССР №1654608, F15В 3/00, F15С 3/02, БИ №21, 1991, состоящий из двух пар регулируемых дросселей типа "сопло-заслонка", золотник с дополнительной заслонкой и управляющими поршнями, поворотные втулки и управляемый индуктивный электромеханический преобразователь.Known electro-hydraulic power amplifier, A.S. USSR No. 1654608, F15В 3/00, F15С 3/02, BI No. 21, 1991, consisting of two pairs of adjustable throttles of the "nozzle-damper" type, a spool with an additional damper and control pistons, rotary bushings and a controlled inductive electromechanical converter.

Известное устройство имеет недостаточные точность и надежность преобразования. Это объясняется наличием относительно сложной кинематической цепью преобразования информационного сигнала, имеющей люфтовые соединения. Они являются источниками дополнительных погрешностей и факторами снижения надежности устройства в целом.The known device has insufficient accuracy and reliability of the conversion. This is due to the presence of a relatively complex kinematic chain for converting the information signal having backlash connections. They are sources of additional errors and factors that reduce the reliability of the device as a whole.

Известен магнитострикционный электрогидравлический усилитель, патент РФ №2170370, F15В 3/00, БИ №19, 2001, который содержит источник рабочей жидкости, двух сопел, постоянных дросселей, линий подвода рабочей жидкости, поворотной заслонки с ребрами жесткости, пластинчатого упругого элемента, двух прямолинейных магнитострикционных исполнительных элементов с обмотками управления, двух частей блока управления и корпуса усилителя.Known magnetostrictive electro-hydraulic amplifier, RF patent No. 2170370, F15В 3/00, BI No. 19, 2001, which contains a source of working fluid, two nozzles, constant throttles, supply lines of the working fluid, rotary damper with stiffeners, plate elastic element, two rectilinear magnetostrictive actuators with control windings, two parts of the control unit and amplifier housing.

Данное устройство также имеет недостаточные точность и надежность преобразования информационных сигналов вследствие наличия поворотной заслонки, перекрывающей рабочие зазоры дифференциальных сопел. Радиальное перекрытие системы заслонка-сопло вызывает появление турбулентных потоков в рабочей зоне преобразования, снижая его точность. Наличие упругого пластинчатого элемента дифференциального магнитострикционного привода ведет к снижению надежности устройства в целом из-за возможного деформационного разрушения в процессе работы.This device also has insufficient accuracy and reliability of the conversion of information signals due to the presence of a rotary damper that overlaps the working gaps of the differential nozzles. The radial overlap of the shutter-nozzle system causes the appearance of turbulent flows in the working zone of the conversion, reducing its accuracy. The presence of an elastic plate element of a differential magnetostrictive drive leads to a decrease in the reliability of the device as a whole due to possible deformation destruction during operation.

Известен другой магнитострикционный электрогидравлический усилитель, патент РФ №2171921, F15В 3/00, БИ №22, 2001, выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит источник рабочей жидкости, гильзы из немагнитного материала, разделительной перегородки, двух сопел, линий подвода рабочей жидкости, постоянных дросселей, магнитострикционных исполнительных элементов с заслонками в форме стакана, управляющих обмоток и двух частей блока управления.Another magnetostrictive electro-hydraulic amplifier is known, RF patent No. 2171921, F15B 3/00, BI No. 22, 2001, selected as a prototype. The device contains a source of working fluid, sleeves made of non-magnetic material, a dividing wall, two nozzles, supply lines for the working fluid, permanent throttles, magnetostrictive actuators with shutters in the form of a cup, control windings and two parts of the control unit.

Наличие в известном устройстве дифференциального магнитострикционного привода из эластичного магнитоупругого материала снижает динамическую точность и надежность преобразования, ограничивает область технического использования. Работа под нагрузкой, старение материала магнитострикционного привода ведет к появлению остаточных деформаций и их перераспределению, вызывая отклонения от параллельности перекрытия рабочих поверхностей дифференциальных сопел заслонками, а значит, к образованию дополнительных погрешностей формы и снижению надежности преобразования.The presence in the known device of a differential magnetostrictive drive made of an elastic magnetoelastic material reduces the dynamic accuracy and reliability of the conversion, limits the scope of technical use. Work under load, the aging of the magnetostrictive drive material leads to the appearance of residual deformations and their redistribution, causing deviations from the parallelism of the overlapping of the working surfaces of the differential nozzles with shutters, which means to the formation of additional shape errors and a decrease in conversion reliability.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности и надежности преобразования.The technical result of the invention is to improve the accuracy and reliability of the conversion.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к дифференциальным соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями, дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод с двумя противофазными обмотками управления, подключенные к выводам электронного блока управления, дополнительно введены две противофазные обмотки управления и исполнительный элемент, подключенный через линии управляющего сигнала к первому и второму постоянным дросселям соответственно, причем дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод выполнен Е-образным, на его симметричных рабочих ветвях жестко закреплены обмотки управления, дифференциально и попарно подключенные к выводам электронного блока управления, а свободные концы кинематически соединены с дифференциальными соплами, выполненными регулируемыми.This goal is achieved by the fact that in a magnetostrictive electro-hydraulic amplifier containing a source of working fluid connected to differential nozzles through the first and second supply lines of working fluid with constant chokes, a differential magnetostrictive actuator with two antiphase control windings connected to the terminals of the electronic control unit is additionally two antiphase control windings and an actuating element connected through the control lines are introduced Ignal to the first and second permanent chokes, respectively, and the differential magnetostrictive actuator is made E-shaped, control windings are fixed on its symmetrical working branches, differentially and in pairs connected to the terminals of the electronic control unit, and the free ends are kinematically connected to differential nozzles made of adjustable .

Устройство поясняется чертежом, где показана блок-схема магнитострикционного электрогидравлического усилителя.The device is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a magnetostrictive electro-hydraulic amplifier.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель содержит источник 1 рабочей жидкости, первый и второй постоянные дроссели 2, 3, Е-образный дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод 4, противофазные обмотки 5, 6 и 7, 8 управления, первое и второе регулируемые сопла 9, 10, электронный блок 11 управления, исполнительный элемент 12, первые и вторые линии 13, 14 и 15, 16 подвода рабочей жидкости и управляющего сигнала.The magnetostrictive electro-hydraulic amplifier contains a source 1 of working fluid, the first and second permanent chokes 2, 3, an E-shaped differential magnetostrictive actuator 4, antiphase control windings 5, 6 and 7, 8, the first and second adjustable nozzles 9, 10, the electronic unit 11 control, the actuating element 12, the first and second lines 13, 14 and 15, 16 of the supply of the working fluid and the control signal.

Источник 1 рабочей жидкости через первый и второй постоянные дроссели 2,3, первую и вторую линии 13, 14 подвода рабочей жидкости подсоединен к входам дифференциального Е-образного магнитострикционного привода 4, а также через одноименные линии 15, 16 управляющего сигнала подсоединены к входам исполнительного элемента 12. На рабочих ветвях магнитострикционного привода 4 жестко закреплены парные обмотки 5, 6 и 7, 8 управления, которые противофазно подключены к электронному блоку 11 управления. Его свободные концы кинематически соединены с дифференциальными результирующими соплами 9, 10 устройства.The source 1 of the working fluid through the first and second permanent chokes 2,3, the first and second lines 13, 14 for supplying the working fluid is connected to the inputs of the differential E-shaped magnetostrictive drive 4, and also through the same lines 15, 16 of the control signal are connected to the inputs of the actuator 12. On the working branches of the magnetostrictive drive 4 are paired control windings 5, 6 and 7, 8 of the control, which are out of phase connected to the electronic control unit 11. Its free ends are kinematically connected to the differential resulting nozzles 9, 10 of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В исходном положении на обмотки 5-8 управления дифференциального Е-образного магнитострикционного привода 4 усилителя подаются токовые сигналы J₀=J₅₆=J₇₈ смещения рабочей характеристики регулирования с выходов электронного блока 11 управления. Магнитные поля обмоток 5-8 управления, взаимодействуя с магнитострикционным материалом ветвей привода 4 (эф. Джоуля), приводят его в середину диапазона регулирования (равновесное положение ветвей привода). Это приводит к уравниванию сопротивлений (или давлений P1, P2) дифференциальных регулируемых сопел 9, 10, создаваемых источником 1 рабочей жидкости через линии 13, 14 подвода и постоянные дроссели 2, 3.In the initial position, the control windings 5-8 of the differential E-shaped magnetostrictive drive 4 of the amplifier are supplied with current signals J ₀ = J ₅₆ = J _{78 of the} offset of the operating characteristic of the control from the outputs of the electronic control unit 11. The magnetic fields of the control windings 5-8, interacting with the magnetostrictive material of the drive branches 4 (ef. Joule), lead it to the middle of the control range (equilibrium position of the drive branches). This leads to equalization of the resistances (or pressures P1, P2) of the differential adjustable nozzles 9, 10 created by the source 1 of the working fluid through the supply lines 13, 14 and constant chokes 2, 3.

Равенство давлений Р1=Р2 в преобразующих камерах магнитострикционного привода 4 создает в первой и второй линиях 15, 16 паритетные управляющие сигналы, заставляя переместить исполнительный элемент 12 в исходное (нейтральное) положение, который, например, может быть выполнен в виде четырехщелевого золотникового распределителя с пружинным центрированием.The pressure equality P1 = P2 in the conversion chambers of the magnetostrictive actuator 4 creates parity control signals in the first and second lines 15, 16, forcing the actuator 12 to be moved to its original (neutral) position, which, for example, can be made in the form of a four-slotted spool valve with a spring centering.

Для изменения положения исполнительного элемента 12 от нейтрали электронный блок 11 управления формирует на своих выводах противофазные токовые сигналы J₅₆=J₀±J_х и J₇₈=J₀±J_x, где J_х=J₀ - токовый сигнал диапазона линейного перемещения привода 4, которые проходят на первую и вторую группы обмоток 5, 6 и 7, 8 управления соответственно. Под действием магнитных полей обмоток 5-8 управления синхронно изменяется длина рабочих ветвей магнитострикционного привода 4, вызывая требуемое полярное изменение сопротивлений (Р1≠Р2) регулируемых сопел 9, 10. Так, например, подача положительных токовых сигналов J₅₆ на обмотки 5, 6, а отрицательных J₇₈ - на обмотки 7, 8 заставляет ветви магнитострикционного Е-образного привода 4 под обмотками первой группы линейно увеличиваться, а под обмотками второй группы - уменьшаться пропорционально коэффициенту λ_s магнитострикции материала. В результате, левое (по чертежу) плечо магнитострикционного привода 4 перемещается вправо к центру, а правое - вправо на это же значение. При смене полярности управляющих сигналов J₅₆ и J₇₈ перемещение магнитострикционного привода 4 будет осуществляться в противоположном направлении. При этом наибольшее сопротивление регулируемых сопел 9 или 10 достигается тогда, когда ток управления в одной паре обмоток 5, 6 или 7, 8 управления отсутствует, а в другой паре он равен удвоенному значению J₀ и определяется линейными размерами L рабочих ветвей дифференциального Е-образного магнитострикционного привода 4:To change the position of the actuating element 12 from the neutral, the electronic control unit 11 generates at its terminals antiphase current signals J ₅₆ = J ₀ ± J _x and J ₇₈ = J ₀ ± J _x , where J _x = J ₀ is the current signal of the linear range of the drive 4, which pass to the first and second groups of control windings 5, 6 and 7, 8, respectively. Under the influence of the magnetic fields of the control windings 5-8, the length of the working branches of the magnetostrictive actuator 4 synchronously changes, causing the required polar change in the resistances (P1 ≠ P2) of the adjustable nozzles 9, 10. For example, the supply of positive current signals J ₅₆ to the windings 5, 6, and negative J ₇₈ on the windings 7, 8 causes the branches of the magnetostrictive E-shaped drive 4 under the windings of the first group to increase linearly, and under the windings of the second group to decrease in proportion to the magnetostriction coefficient λ _{s of} the material. As a result, the left (according to the drawing) shoulder of the magnetostrictive drive 4 moves to the right to the center, and the right - to the right by the same value. When changing the polarity of the control signals J ₅₆ and J _78, the magnetostrictive drive 4 will be moved in the opposite direction. The greatest resistance of the adjustable nozzles 9 or 10 is achieved when the control current in one pair of control windings 5, 6 or 7, 8 is absent, and in the other pair it is equal to twice the value J ₀ and is determined by the linear dimensions L of the working branches of the differential E-shaped magnetostrictive drive 4:

ΔS=2·λ_s·LΔS = 2 · λ _s · L

где ΔS - сечение рабочего канала регулируемого сопла 9 (10).where ΔS is the cross section of the working channel of the adjustable nozzle 9 (10).

Изменение сопротивлений регулируемых сопел 9, 10 приводит к однозначному изменению давлений Р1≠Р2 в преобразовательных камерах магнитострикционного привода 4 и линиях 15, 16 управляющего сигнала. Возникающая разность давлений ΔР=|Р1-Р2| на входах исполнительного элемента 12 приводит его в действие и перемещает в заданное положение. Последний формирует информацию о величине линейного (углового) перемещения объекта.A change in the resistances of the adjustable nozzles 9, 10 leads to an unambiguous change in the pressures P1 ≠ P2 in the conversion chambers of the magnetostrictive drive 4 and the control signal lines 15, 16. The resulting pressure difference ΔP = | P1-P2 | at the inputs of the actuating element 12 drives it and moves it to a predetermined position. The latter generates information about the magnitude of the linear (angular) movement of the object.

Применение плечевого дифференциального Е-образного привода 4 из металлического магнитострикционного ферросплава способствует уменьшению температурной и динамической погрешностей преобразования и повышает надежность усилителя в целом. Это отличает предлагаемое устройство от выбранного прототипа и расширяет область его технического использования в различном технологическом и специальном оборудовании.The use of a shoulder differential E-shaped drive 4 of a metal magnetostrictive ferroalloy reduces the temperature and dynamic errors of conversion and increases the reliability of the amplifier as a whole. This distinguishes the proposed device from the selected prototype and expands the scope of its technical use in various technological and special equipment.

Claims

A magnetostrictive electro-hydraulic amplifier containing a source of working fluid connected to differential nozzles through the first and second supply lines of the working fluid with constant chokes, a differential magnetostrictive actuator with two antiphase control windings connected to the terminals of the electronic control unit, characterized in that it is additionally introduced two antiphase control windings and an actuating element connected via a control signal line to a the second and second constant chokes, respectively, with the differential magnetostrictive actuator being E-shaped, control windings fixedly connected to the terminals of the electronic control unit rigidly fixed to its symmetrical working branches, and the free ends kinematically connected to differential nozzles made of adjustable ones.