Пристрій для вимірювання положення поршня в циліндрі, вузол, що містить циліндр, поршень і такий пристрій, і авіаційний двигун, що містить такий вузол

1. Пристрій для вимірювання положення поршня (2) в циліндрі (1), розташованому вздовж осі, який містить щонайменше два датчики (3, 4) положення, які відповідно містять перший елемент (20, 40) датчика, нерухомо сполучений з опорною площадкою (31), сполученою з поршнем (2), C2 2 (19) 1 3 95078 4 Датчик положення, такий як активний (індукти303. Штоки 321, 341 розташовані паралельно осі вний) датчик лінійного переміщення, більш відо300А, осердя 320, 340 розташовані відповідно і мий фахівцям під англійською абревіатурою LVDT концентрично відносно трансформаторів 310, 330, ("Linear Variable Differential Transformer"), дозволяє при цьому трансформатори 310, 330 закріплені на визначати подовжнє положення поршня в циліндзадньому кінці циліндра 301. рі. Поршень 302 приводиться в поступальний рух Датчик 100 (фіг.1) типу LVDT, містить рухоме вздовж осі 300А. Крім того, він повинен вільно феромагнітне осердя 120, закріплене на штоці 121 обертатися навколо цієї осі 300А. Для цього в приз віссю 100А, і нерухомий трансформатор 110, строї, згідно з патентом FR 2594515, між площадутворений трьома циліндричними котушками, які кою 303 і поршнем 302 встановлений круглий опокоаксіальні з віссю 100А штока 121 і створюють рний підшипник 350, який дозволяє поршню 302 первинну обмотку 111 і дві вторинні обмотки 112, обертатися навколо осі 300А, не передаючи обер113. Під час роботи шток 121 поступально перетальний рух площадці 303 і осердю 320, 340. Осеміщується вздовж своєї осі 100А. За рахунок магрдя 320, 340 залишаються нерухомо сполученими нітної індукції осердя 120 створює в обмотках 111, в поступальному русі з поршнем 302 і знаходяться 112, 113 напругу між обмотками, яка пропорційна на одній лінії з відповідним трансформатором 310, положенню феромагнітного осердя 120 в транс330. Таким чином, датчики можуть вимірювати форматорі 110. На основі цієї напруги визначають положення поршня 302 в циліндрі 301. положення штока 21 в датчику. Під час роботи, як правило, на поршень діють Відоме використання датчика типу LVDT в сипоперечні зусилля, які примушують його прогиналовому приводі 200 (фіг.2). Силовий привід 200 тися і можуть прогинати штоки 321, 341, зміщаючи містить циліндр 201, розташований по осі 200А, в їх відносно осі 300А циліндра 301. У цьому випадякому знаходиться поршень 202, виконаний з моку осердя 320, 340 втрачають своє центрування жливістю поступального руху вздовж осі 200А. На відносно відповідного трансформатора 310, 330 і своєму задньому кінці поршень 202 містить головможуть пошкодитися, що призводить до скороченку 202А поршня, зовнішній діаметр якої відповідає ня терміну служби датчиків, а також до зниження внутрішньому діаметру циліндра 201, в якому вона точності вимірювань. переміщається. Задачею даного винаходу є створення приУ подальшому тексті опису поняття "передній" строю вимірювання положення поршня в циліндрі, і "задній" визначаються відносно поршня 202. На який містить два датчики типу LVDT для забезпейого передньому кінці на поршень діє зусилля, і чення надійності пристрою, і який дозволяє поршйого задня частина переміщається в циліндрі 201. ню вільно обертатися навколо своєї осі і не може Інакше кажучи, передня частина знаходиться зі бути пошкоджений від можливого прогинання посторони циліндра 201, через яку виходить порршня. шень 202. Об'єктом даного винаходу є пристрій вимірюТрансформатор 210 датчика типу LVDT закрівання положення поршня в циліндрі, розташоваплений на задньому кінці циліндра 201, при цьому ному вздовж осі, при цьому пристрій містить щовісь трансформатора 210 співпадає з віссю 200А найменше два датчики положення, які відповідно циліндра 201. Феромагнітне осердя 220 датчика містять: встановлене на штоці 221, нерухомо сполученому перший елемент датчика, нерухомо сполучез поршнем 202 і розташованому вздовж осі 200А. ний з опорною площадкою, сполученою з поршОскільки осердя 220 нерухомо сполучене з нем, поршнем 202, а трансформатор 210 нерухомо другий елемент датчика, нерухомо сполучений сполучений з циліндром 201, положення поршня з циліндром, 202 можна визначити вимірюванням положення при цьому перший і другий елементи кожного осердя 220 в трансформаторі 210. датчика виконані з можливістю поступального пеУ авіації норми безпеки передбачають підвиреміщення один відносно одного вздовж осі, паращений рівень надійності для контрольнолельної осі циліндра, при цьому пристрій характевимірювальних приладів. Так, для вимірювання ризується тим, що перші елементи датчика положення поршня в циліндрі силового приводу нерухомо сполучені з однією і тією ж кріпильною необхідно передбачити два датчики LVDT в силоплощадкою, яка сполучена з поршнем за допомовому приводі, щоб у випадку несправності одного з гою кульового з'єднання. датчиків вимірювання забезпечувалося іншим даПід кульовим з'єднанням потрібно розуміти тчиком. з'єднання між двома елементами, яке має три стуЗ патенту FR 2594515 відомий пристрій виміпені свободи при обертанні і жодного ступеня сворювання положення поршня в циліндрі силового боди при поступальному русі. приводу, що містить два датчики положення типу Завдяки пристрою, відповідно до даного винаLVDT. ходу, датчик положення можна розташовувати в На фіг.3 в розрізі схематично показаний прициліндрі таким чином, що на нього не передаються стрій, встановлений в силовому приводі 300, який поперечні зусилля, діючі на поршень, в той час як містить поршень 302, що переміщається в циліндрі поршень залишається вільним при обертанні на301, з віссю 300А. Опорна площадка 303 закріплевколо осі циліндра. Вимірювання положення порна в поперечному напрямі в поршні 302, який вишня в циліндрі є, таким чином, точним, і при цьому конаний порожнистим. Осердя 320, 340 датчиків усувається імовірність пошкодження датчика. встановлені на двох штоках 321, 341, закріплених Винахід вирішує окрему проблему, яка стосупередніми кінцями на задній стороні площадки ється пристроїв з двома датчиками положення, 5 95078 6 однак його можна застосовувати і для пристроїв з 30, що було описано вище. Трансформатори 10, числом датчиків більше двох. 30 розташовані в подовжньому напрямі вздовж осі Крім того, усунення опорних підшипників, приХ в циліндрі 1 і закріплені на його задньому кінці. сутніх в пристрої, згідно з патентом FR 2594515, Навколо трансформаторів 10, 30 виконана захисполегшує технічне обслуговування пристрою, оскіна сорочка 60, розташована в подовжньому нальки кульова опора менш схильна до заклинюванпрямі в циліндрі 1, при цьому задній кінець сорочня. ки 60 нерухомо закріплений на задньому кінці Винахід застосовується, зокрема, для силових циліндра 1. Сорочка 60 розташована концентричприводів, однак він загалом може застосовуватися но всередині поршня 2, який на своєму задньому для будь-якого пристрою, що містить циліндр, в кінці містить отвір 6 для проходження сорочки 60. якому поршень переміщається поступально. ТаКожне осердя 20, 40 датчиків 3, 4 встановлене ким чином, винахід можна застосовувати, зокрема, на штоку 21, 41, який паралельний осі Х і знаходля дозувальних пристроїв, які містять поршень з диться на одній лінії з відповідним трансформатодвома головками, що переміщається в циліндрі, ром 10, 30, всередині якого він розташований коапризначених для регулювання витрати текучого ксіально. Передні кінці штоків 21, 41 нерухомо середовища. Такий дозувальний пристрій більш закріплені на задній стороні опорної площадки 31, детально буде описаний нижче. розташованої в поперечному напрямі в поршні 2. Переважно датчик положення є датчиком типу Площадка 31 в основному має форму диска. LVDT. У цьому випадку переважно перший елеПоршень 2 (фіг.5) є порожнистим, тобто викомент містить шток, на якому встановлене феромананий у вигляді втулки, розташованої в подовжгнітне осердя, а другий елемент датчика містить ньому напрямі в циліндрі 1. Площадка 31, на якій трансформатор. встановлені осердя 20, 40, сполучена з поршнем 2 Переважно кульове з'єднання містить кулю, за допомогою з'єднувального засобу, в цьому вищо утримується у фланці кулі. Куля може бути або падку кульового з'єднання, при цьому з'єднання нерухомо сполучена з поршнем, або нерухомо виконане всередині втулки, утвореної поршнем 2. сполучена з першим елементом датчика. За рахунок наявності кульового з'єднання 50 плоЗгідно з іншим варіантом виконання, фланець щадка 31 може вільно повертатися з трьома стукулі встановлений з посадкою в натяг в деталь, пенями свободи відносно поршня 2, але вона занерухомо сполучену з першим елементом датчилишається нерухомо сполученою з ним при ка. поступальному переміщенні вздовж осі X. Об'єктом даного винаходу є також вузол, який У цьому випадку кульове з'єднання 50 містить містить циліндр, поршень і описаний вище прикулю 51, встановлену у фланці 52 кулі, виконаному стрій вимірювання, а також авіаційний двигун, який у вигляді сферичного кожуха. Такий фланець 52 містить такий вузол. кулі відомий також фахівцям під назвою "обойми". Об'єктом винаходу є також силовою привід Його функцією є утримання кулі 51, яка залишаабо дозувальний пристрій. ється нерухомою при поступальному русі, але моДаний винахід буде більш очевидний з нижчеже вільно повертатися. Куля 51 нерухомо сполунаведеного опису переважних варіантів виконання чена з поршнем 2, а фланець 52 нерухомо пристрою з посиланнями на прикладені креслення, сполучений з площадкою 31. на яких: У цьому випадку куля 51 містить палець 511, Фіг.1 зображує схематично загальний вигляд і розташований з передньої сторони і нерухомо в частковому розрізі відомого датчика положення сполучений з поршнем 2. Переважно фланець 52 типу LVDT; кулі встановлений з посадкою в натяг в циліндричФіг.2 зображує функціональну схему пристрою ну ділянку 37, виконану в подовжньому напрямі із вимірювання з попереднього рівня техніки; задньої сторони, починаючи від передньої сторони Фіг.3 зображує функціональну схему іншого площадки 31, при цьому вільні кінці циліндричної пристрою вимірювання з попереднього рівня техділянки 37 загнуті на фланець 52 кулі для її міцноніки; го утримання. Фіг.4 зображує функціональну схему варіанта Робота пристрою і його застосування здійснювиконання пристрою вимірювання, згідно з винається таким чином. ходом; Під час роботи силового приводу передній кіФіг.5 зображує розріз силового приводу з принець поршня 2 поступально переміщається вздовж строєм вимірювання, згідно з винаходом; осі Х відносно циліндра 1. Куля 51, нерухомо споФіг.6 зображує розріз силового циліндра з прилучена з поршнем 2, переміщається поступально; строєм вимірювання, згідно з іншим варіантом вона захоплює за собою нерухомо сполучений з виконання винаходу. нею фланець 52 кулі і, отже, площадку 31 і встаСиловий привід містить циліндр 1 (фіг.4), розновлені на ній осердя 20, 40. Таким чином, осердя ташований вздовж осі X, в якому встановлений 20, 40 переміщаються поступально вздовж осі Х поршень 2, що містить головку 2А поршня, зовнішвсередині відповідного трансформатора 10, 30, ній діаметр якої відповідає внутрішньому діаметру при цьому трансформатори 10, 30 нерухомо споциліндра 1. Силовий привід містить пристрій вимілучені з циліндром 1. Положення поршня 2 в цилірювання положення поршня 2 відносно циліндра ндрі 1 визначають за допомогою вимірювання, 1, що містить два датчики 3, 4 положення типу здійснюваного датчиками 3, 4 положення осердь LVDT. 30, 40 у відповідному трансформаторі 10, 30. Кожний датчик 3, 4 містить феромагнітне осеКрім того, поршень 2 може вільно обертатися рдя 20, 40, яке взаємодіє з трансформатором 10, навколо своєї осі X. При обертанні поршень 2 за 7 95078 8 хоплює кулю 51, яка вільно повертається у фланці поршень, що вільно переміщається поступально в 52 кулі. На осердя 20, 40 не передається ніякий циліндрі, таких як дозувальний пристрій або авіарух, і вони залишаються на одній лінії у відповідційний двигун, який містить вузол, що складається ному трансформаторі 10, 30. Таким чином, кульоз циліндра, поршня і пристрою вимірювання відпове з'єднання 50 дозволяє уникнути зміщення датвідно до даного винаходу. чиків 3, 4 під час обертання поршня 2 навколо його У дозувальному пристрої поршень переміщаосі X. ється поступально в циліндрі дозувального приКрім того, під час роботи на передню частину строю. У циліндрі виконані два радіальних отвори, поршня 2 можуть діяти поперечні зусилля, що прищо обмежують відповідно вхід і вихід текучого сезводять до прогинання поршня 2. Прогинання комредовища. пенсується кулею 51, яка починає повертатися у Поршень містить дві запірні головки, зовнішній фланці 52 кулі. На осердя 20, 40 не передається діаметр яких відповідає внутрішньому діаметру ніякий рух, і вони залишаються на одній лінії у відциліндра, які є коаксіальними і сполучені валом, повідному трансформаторі 10, 30. Таким чином, що переміщається поступально вздовж осі циліндкульове з'єднання 50 дозволяє захистити датчики ра. У закритому положенні дозувального пристрою 3, 4, коли на передній кінець поршня 2 діють попеголовки повністю перекривають отвори, перешкоречні сили. джаючи будь-якому переміщенню текучого сереПід час роботи силового приводу поршень довища. У відкритому положенні поршень переміможе піддаватися дії сил, які породжують поступащається поступально в циліндрі дозувального льне переміщення, обертання навколо осі або пристрою, забезпечуючи часткове або повне відкпрогинання поршня 2. Завдяки наявності кульоворивання отворів і циркуляцію текучого середовища го з'єднання 50, на осердя 20, 40 передається від входу до виходу. Таким чином, поступальне тільки поступальне переміщення вздовж осі Х ципереміщення поршня дозволяє "регулювати" або ліндра 1. "дозувати" потік текучого середовища. Кульове з'єднання 50 мало схильне до заклиДля визначення положення поршня, аналогічнювання, оскільки імовірність попадання пилу всено попередньому варіанту виконання, опорна редину фланця 52 кулі є дуже низькою. площадка розташована в поперечному напрямі в У іншому варіанті виконання куля 51' (фіг.6) поршні, при цьому на площадці встановлені два нерухомо сполучена з площадкою 31, і фланець штоки, на яких відповідно встановлене осердя 52' кулі нерухомо сполучений з поршнем 2. Куля датчиків положення типу LVDT. На задньому кінці 51' містить отвір з віссю X, через який проходить поршня виконаний отвір для проходження трансгвинт 531, задній кінець якого загвинчують в плоформаторів. Опорна площадка сполучена з поршщадку 31, на якій встановлені осердя 20, 40 датчинем за допомогою кульового з'єднання, при цьому ків 3, 4. Гвинт 531 затягують на його передньому куля кульового з'єднання закріплена, наприклад, кінці гайкою 532, що дозволяє підвищити надійна поршні, а фланець кулі закріплений на опорній ність кріплення кулі 51' на площадці 31. площадці. Фланець 52' кулі кріплять на поршні 2 і стопоЗрозуміло, що винахід може також застосовурять між гайкою 53, нерухомо сполученою з поршватися для безконтактних датчиків, наприклад, нем 2, і колодкою 54, при цьому колодку 54 встатаких як ємнісний безконтактний датчик П'єрро, новлюють на задній частині фланця 52' кулі. індуктивний безконтактний датчик, датчик на осноВинахід був описаний в зв'язку із застосуванві ефекту Холла або інфрачервоний безконтактний ням в силовому приводі, однак він може застосодатчик положення. вуватися для будь-яких типів пристроїв, які містять 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 95078 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601