Пневмогідравлічний цифровий привод

Реферат: Винахід належить до пристроїв автоматики і може бути використаний як багатопозиційні приводи промислових роботів і верстатів, перекриваючих пристроїв нафтових і газових трубопроводів та інших механізмах з дискретним позиціонуванням вихідної ланки. Суть привода полягає в тому, що завдяки включенню в структуру привода направляючого гідравлічного розподільника, демпфуючої камери та гідравлічних об'ємних дозаторів з гальмівними пристроями розрядних поршнів, які виконані у вигляді циліндричних глухих розточок у поршнях і співвісно розміщених на внутрішніх торцевих поверхнях кришок зрізаних конусів з осьовими каналами. Технічний результат - спрощення конструкції, підвищення надійності та довговічності. UA 109195 C2 (12) UA 109195 C2 UA 109195 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв автоматики і може бути використаний як багатопозиційні приводи промислових роботів, верстатів, перекриваючих пристроїв нафтових і газових трубопроводів та в інших механізмах з дискретним позиціонуванням вихідної ланки. Відома конструкція багатопозиційного пневмогідравлічного привода (див. Патент України на корисну модель № 27812, МПК F15B 7/00, Бюл. № 18 від 12.11.2007 р.), що містить виконавчий циліндр з розміщеними в ньому поршнем і штоком з утворенням гідравлічної поршневої та пневматичної штокової камер з каналами живлення, гідравлічні об'ємні дозатори з пневматичними та гідравлічними камерами, акумулятор, редукційний клапан та двопозиційні розподільники. Недоліком такого приводу є те, що при перемиканні гідравлічних дозаторів у русі вихідного штока виникають незапрограмовані рухи (так звані "викиди", "провали" і "перебіги"). Крім того в процесі опрацювання комбінацій керуючих сигналів немає можливості регулювати швидкість гальмування як вихідного штока, так і розрядних поршнів гідравлічних дозаторів, що обумовлює жорсткі удари розрядних поршнів дозаторів і "перебіги" вихідного штока. Все це знижує надійність і звужує область застосування таких приводів в автоматичних системах. Найближчим аналогом, прийнятим за прототип вибрана конструкція пневмогідравлічного цифрового привода (див. Патент України на винахід № 93441, МПК F15B 11/00 (2011.01), Бюл. № 2 від 25.01.2011 p.). Такий привод містить виконавчий циліндр з розміщеним в ньому поршнем і вихідним штоком з утворенням гідравлічної поршневої і пневматичної штокової камер з каналами живлення, гідравлічні об'ємні дозатори, двопозиційні розподільники, електричний дешифратор, датчик переміщення, трипозиційний шестилінійний гідравлічний розподільник, зворотні клапани та дроселі. Такий привод має складну структуру, яка обумовлена застосуванням датчика лінійного переміщення, електричного дешифратора, трипозиційного шестилінійного гідравлічного розподільника. Крім того в процесі опрацювання комбінацій кодових сигналів в кінці ходу розрядних поршнів виникають жорсткі удари, що знижує надійність і довговічність таких приводів. В основу винаходу поставлена задача спрощення конструкції, підвищення надійності і довговічності шляхом включення в його структуру направляючого розподільника, гальмівних пристроїв і демпфуючої камери вихідного штока виконавчого циліндра. Поставлена задача вирішується тим, що в пневмогідравлічному цифровому приводі, який містить виконавчий циліндр з розміщеними в ньому поршнем і вихідним штоком з утворенням гідравлічної поршневої і пневматичної штокової камер з каналами живлення, поршневі гідравлічні об'ємні дозатори з вихідними гідравлічними каналами, сполученими з гідравлічною поршневою камерою через гідравлічний розподільник і зворотні клапани та вхідними пневматичними каналами, що сполучені з вихідними каналами пневматичних двопозиційних розподільників. Новим є те, що гідравлічні об'ємні дозатори виконані у вигляді розміщених у циліндрах рухомих розрядних поршнів, у яких зі сторони торцевих поверхонь виконані глухі осьові циліндричні розточки глибиною рівною або більшою за шлях гальмування розрядного поршня, в які при переміщенні поршнів входять з утворенням кільцевої перемінного перерізу ефективної площі, розміщені на внутрішніх торцях кришок зрізані конуси з осьовими наскрізними каналами і виконані додаткові канали, в які увімкнені зворотні клапани, осьові канали напряму, а додаткові канали через зворотні клапани з'єднують пневматичні камери з вихідними каналами пневматичних розподільників, а гідравлічні камери об'ємних дозаторів з'єднуються через осьові канали і додатковий канал зі зворотним клапаном з вхідним каналом направляючого гідравлічного двопозиційного трилінійного розподільника, вихідні канали якого через протилежно спрямовані зворотні клапани з'єднані з гідравлічною камерою виконавчого циліндра, яка утворена додатковим поршнем, який пружним елементом з'єднаний з поршнем, закріпленим на штоку з утворенням між поршневої демпфуючої камери, яка з'єднана каналом виконаним у штоку, з атмосферою. Завдяки включенню в структуру привода пристроїв гальмування розрядних поршнів гідравлічних дозаторів, направляючого розподільника і демпфуючої камери у виконавчий циліндр, з'являється можливість поліпшення динаміки, спрощення конструкції, підвищення надійності та довговічності привода. Суть винаходу пояснює креслення. На кресленні показана схема пневмогідравлічного цифрового привода. Пневмогідравлічний цифровий привод містить виконавчий циліндр 1, в якому розміщений додатковий поршень 2 і з'єднаний зі штоком 3 поршень 4. Поршень 4 і додатковий поршень 2 з'єднані між собою пружиною 5 і утворюють демпфуючу камеру 6, яка каналом 7 сполучена з атмосферою. До штокової камери 8 постійно підводиться тиск живлення Рж. Гідравлічна камера 1 UA 109195 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 9 виконавчого циліндра 1 через протилежно спрямовані зворотні клапани 10 і 11 з'єднана каналами 12 і 13 з направляючим розподільником 14. Вхідний канал 15 розподільника 14 напряму з'єднаний через осьові канали 16, 17 і 18, що виконані в конусах 19, 20 і 21 з гідравлічними камерами 22, 23 і 24 розрядних дозаторів 25, 26 і 27 з об'ємами рідини V0, 2V0 і 4V0. Канал 15 з'єднаний з гідравлічними камерами 22, 23 і 24 через зворотний клапан 28 і додаткові канали 29, 30 і 31, виконані у кришках 32, 33 і 34. В циліндрах дозаторів 25, 26 і 27 розміщені поршні 35, 36 і 37, в яких виконані осьові глухі циліндричні розточки 38, 39, 40, 41, 42 і 43. Пневматичні камери 44, 45 і 46 через виконані додаткові канали 47, 48, і 49 в кришках 53, 51 та 52, через осьові канали 50, 54 і 55 та зворотні клапани 59, 60 і 61 з'єднані з розподільниками 56, 57 і 58. Пневмогідравлічний цифровий привод працює наступним чином. У вихідному положенні електромагніти ем1, ем2 і ем3 розрядних розподільників 56, 57 і 58 знеструмлені. При цьому пневматичні камери 44, 45 і 46 дозаторів 25, 26 і 27 сполучені з атмосферою. Під дією постійно підведеного тиску Рж до пневматичної штокової камери 8 поршні 4, 2 та поршні 35, 36 і 37 гідравлічних дозаторів знаходяться у вихідному положенні. При цьому гідравлічна камера 9 виконавчого циліндра 1 через зворотний клапан 11, канал 13, направляючий розподільник 14 і канал 15 з'єднана з гідравлічними камерами 22, 23 і 24 дозаторів 25, 26 і 27. Під дією тиску живлення Рж в камері 8 стискається прикріплена до поршнів 2 і 4 пружина 5. При опрацюванні, наприклад, кодової комбінації керуючих сигналів 001 (тобто подається напруга на електромагніт ем1) одночасно подається напруга на електромагніт ем4 розподільника 14, який перемикається ліворуч (по кресленню) і з'єднує гідравлічні камери дозаторів через зворотний клапан 10 з камерою 9 циліндра 1. Під дією пневматичного тиску повітря, яке поступає від розподільника 56 через зворотний клапан 59 і осьовий канал 50 у камери 39 і 44 дозатора 25, поршень 35 переміщується вгору (по кресленню) і витісняє рідину об'ємом V0 через розподільник 14 та зворотний клапан 10 в камеру 9 циліндра 1. При цьому поршні 2, 4 і вихідний шток 3 4 V0 , де переміщуються праворуч на величину X 0  Dц - діаметр поршня циліндра 1. В кінці 2 Dц переміщення поршня 35 конус 25 входить в камеру (розточку) 38 при цьому по мірі переміщення поршня 35 зменшується переріз дроселюючої щілини між внутрішнім діаметром розточки і зовнішнім діаметром конуса 19, що веде до збільшення тиску в камері 22 дозатора 25 і зменшення витрати рідини, яка надходить через осьовий канал 16 конуса 19 у камеру 9 циліндра 1. За рахунок цього гальмується швидкість руху поршня 35 дозатора 25 і вихідного штока 3. В кінці руху додатковий поршень 2 під дією зусилля пружини 5 зупиняється в заданій позиції, а поршень 4 зі штоком 3 при достатній кінетичній енергії може рухатися вперед і повертатися назад до упора в поршень 2 під дією перепаду тисків між камерами 8 і 6, остання з яких сполучена з атмосферою. При опрацюванні кодової комбінації керуючих сигналів 111 одночасно подається напруга на електромагніт ем4 напрямного розподільника і на електромагніти ем1, ем2 і ем3 розрядних пневматичних розподільників 56, 57 і 58, які перемикаються ліворуч. При цьому стиснуте повітря підводиться до розрядних камер 39, 44, 41, 45, 43 і 46. Під дією цього тиску поршні 35, 36 і 37 дозаторів 25, 26 і 27 переміщуються і витісняють рідину через напрямний розподільник 14 і зворотний клапан 10 в камеру 9 циліндра 1. При цьому вихідний шток 3 переміщуються на 28V0 величину X max  7  X 0  . В кінці переміщення гальмуються швидкості рухів поршнів 35, 2 Dц 36 і 37 дозаторів і вихідного штока 3. В зворотному напрямку вихідний шток 3 з поршнями 4 і 2 рухається при одночасному знеструмленні електромагнітів ем4, ем1, ем2 і ем3. При цьому розподільники 14, 56, 57 і 58 перемикаються вправо і рідина під тиском із камери 9 циліндра 1 через зворотний клапан 11, розподільник 14, канал 15, осьові канали 16, 17, 18 і зворотний клапан 28 надходить в гідравлічні камери 22, 23 і 24 дозаторів. При цьому поршні 35, 36 і 37 дозаторів переміщуються вниз. В кінці переміщення в розточки (камери) 39, 41 і 43 входять конуси з осьовими каналами 50, 54 і 55. Внаслідок чого повітря із камер 44, 45 і 46 витісняється через дроселюючі кільцеві щілини, утворені внутрішніми діаметрами розточок камер і зовнішніми діаметрами спряжених конусів. У міру переміщення поршнів вниз перерізи дроселюючих щілин зменшуються, що веде до плавного гальмування розрядних поршнів 35, 36, 37 і вихідного штока 3. При перемиканні розрядних поршнів дозаторів, коли одні пневматичні камери з'єднуються з атмосферою, а до інших підводиться тиск живлення, привод працює аналогічно. Але для запобігання незапрограмованих рухів вихідного штока 3 циліндра 1 необхідно спочатку подавати сигнали керування на електромагніт ем4 напрямного розподільника і на 2 UA 109195 C2 5 електромагніти пневматичних розподільників молодших розрядів, а після їх перемикання подавати сигнали керування на електромагніти пневматичних розподільників старших розрядів. Таким чином запропонований пневмогідравлічний цифровий привод завдяки включенню в його структуру направляючого розподільника, демпфуючої камери і гідравлічних об'ємних дозаторів з гальмуючими пристроями розрядних поршнів досягається технічний результат спрощення конструкції, підвищення надійності та довговічності привода. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 Пневмогідравлічний цифровий привод, що містить виконавчий циліндр з розміщеними в ньому поршнем і вихідним штоком з утворенням гідравлічної поршневої і пневматичної штокової камер з каналами живлення, поршневі гідравлічні об'ємні дозатори з вихідними гідравлічними каналами, сполученими з гідравлічною поршневою камерою через гідравлічний розподільник і зворотні клапани та вхідними пневматичними каналами, що сполучені з вихідними каналами пневматичних двопозиційних розподільників, який відрізняється тим, що гідравлічні об'ємні дозатори виконані у вигляді розміщених у циліндрах рухомих розрядних поршнів, у яких зі сторони торцевих поверхонь виконані глухі осьові циліндричні розточки глибиною рівною або більшою за шлях гальмування розрядного поршня, в які при переміщенні поршнів входять з утворенням кільцевої перемінного перерізу ефективної площі, розміщені на внутрішніх торцях кришок зрізані конуси з осьовими наскрізними каналами і виконані додаткові канали, в які увімкнені зворотні клапани, осьові канали напряму, а додаткові канали через зворотні клапани з'єднують пневматичні камери з вихідними каналами пневматичних розподільників, а гідравлічні камери об'ємних дозаторів з'єднуються через осьові канали і додатковий канал зі зворотним клапаном з вхідним каналом направляючого гідравлічного двопозиційного трилінійного розподільника, вихідні канали якого через протилежно спрямовані зворотні клапани з'єднані з гідравлічною камерою виконавчого циліндра, яка утворена додатковим поршнем, який пружним елементом з'єднаний з поршнем, закріпленим на штоку з утворенням міжпоршневої демпфуючої камери, яка з'єднана каналом, виконаним у штоку, з атмосферою. 3 UA 109195 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4