ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля угловой скорости объектов в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.
Известен измерительный преобразователь угловой скорости (регулятор Уатта), содержащий вращающийся центробежный механизм, образованный шарнирно соединенными рычагами и грузами, механизм имеет подпружиненную подвижную муфту, связанную рычагом с регулирующей заслонкой [1].
Недостатками измерительного преобразователя являются: низкая чувствительность и точность измерения, а также ограниченные технические возможности, обусловленные силами трения в подвижных соединениях деталей; отсутствием регулировки; возможностью установки датчика только на конце вала или необходимостью использования дополнительных механических передач; жесткой рычажной связью преобразователя с регулирующим элементом.
Известен гидромеханический датчик угловой скорости вала, содержащий центробежные грузики и распределитель, выполненный в виде грибкового клапана, свободно взвешенного в потоке и расположенного на опорной игле [2].
Недостатками датчика являются: низкая чувствительность и точность измерения, а также ограниченные технические возможности, обусловленные силами трения в подвижных соединениях деталей; использованием полумостовой схемы измерения со слабым выходным сигналом; большим расходом жидкости через грибковый клапан; отсутствием регулировки; возможностью установки датчика только на конце вала контролируемого объекта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является датчик угловой скорости, содержащий центробежные грузы, выполненные в виде двуплечих рычагов, установленных в кронштейне на осях качания, и формирователь выходного сигнала типа сопло-заслонка, подпружиненные разгрузочные поршни, оси которых перпендикулярны осям качания двуплечих рычагов, а противоположные рычагам торцы поршней подключены к выходу формирователя выходного сигнала, разгрузочные поршни установлены в расточках, выполненных в кронштейне [3].
Недостатками датчика являются: низкая чувствительность и точность измерения угловой скорости из-за использования в конструкции нерегулируемых элементов и поворотной заслонки сопла, искажающей форму струи на выходе сопла при работе датчика; ограниченные технические возможности, обусловленные использованием полумостовой схемы формирователя выходного сигнала типа сопло-заслонка со слабым выходным сигналом, ограниченным диапазоном измерения угловой скорости и возможностью установки датчика только на конце вала контролируемого объекта.
Технической задачей полезной модели является повышение чувствительности и точности измерения угловой скорости, а также расширение технических возможностей преобразователя.
Решение указанной задачи достигается тем, что грузы закреплены на упругих элементах, соединяющих неподвижную и подвижную втулки, размещенные на ступице, положение неподвижной втулки и предварительную деформацию упругих элементов можно регулировать, подвижная втулка имеет фланец, формирователь выходного сигнала расположен в неподвижном кронштейне, имеет два соосных сопла и два постоянных дросселя, сопла направлены навстречу друг другу и образуют с фланцем зазоры для прохода рабочей жидкости, которые можно регулировать, постоянные дроссели и сопла гидравлического усилителя соединены по мостовой схеме, а междроссельные камеры сопл сообщаются с полостями управления исполнительного механизма, включенного в диагональ моста.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новыми деталями являются
регулируемые упругие элементы с закрепленными на них грузами, соединяющие неподвижную и подвижную втулки, размещенные на ступице; фланец на подвижной втулке;
формирователь выходного сигнала типа сопло-заслонка, расположенный в неподвижном кронштейне и имеющий два соосных сопла, направленных навстречу друг другу и образующих с фланцем регулируемые зазоры для прохода рабочей жидкости, и два постоянных дросселя соединенных по мостовой схеме;
ступица, на которой размещены все элементы механической части преобразователя;
исполнительный механизм, включенный в диагональ моста формирователя выходного сигнала.
Новые функциональные связи.
Положение неподвижной втулки на ступице и предварительная деформация упругих элементов настраивается в зависимости от заданного диапазона измерения угловой скорости контролируемого объекта, что повышает точность измерения угловой скорости и расширяет технические возможности преобразователя.
Деформация упругих элементов под действием центробежной силы приводит к осевому перемещению подвижной втулки с фланцем, что обеспечивает плоские зазоры между торцами фланца и сопл и обеспечивает высокую чувствительность измерительного преобразователя и точность измерения угловой скорости.
Соединение сопл формирователя выходного сигнала с постоянными дросселями по мостовой схеме повышает чувствительность преобразователя, точность измерения угловой скорости и обеспечивает мощный выходной сигнал, а регулировка зазоров для прохода рабочей жидкости между торцами сопл и фланца обеспечивает точную настройку преобразователя на заданный диапазон измерения угловой скорости и расширяет технические возможности преобразователя.
Ступица, на которой размещены все элементы механической части преобразователя, позволяет разместить измерительный преобразователь на любом валу привода оборудования в удобном для монтажа и эксплуатации месте, что расширяет технические возможности преобразователя.
Исполнительный механизм формирует сигнал, который используется для регистрации угловой скорости объекта или для автоматического управления приводом промышленного оборудования, что расширяет технические возможности преобразователя.
Использование новых деталей и функциональных связей между ними обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения угловой скорости контролируемого объекта, а также расширение технических возможностей преобразователя.
Конструктивная схема измерительного преобразователя угловой скорости в исходном положении показана на фиг. 1.
Измерительный преобразователь угловой скорости содержит центробежные грузы 1 и 2, закрепленные на упругих элементах 3 и 4, соединяющих неподвижную 5 и подвижную 6 втулки, размещенные на ступице 7. Для регулирования положения неподвижной втулки и предварительной деформации упругих элементов служат регулировочные гайки 8. Подвижная втулка имеет фланец 9.
П
Формирователь выходного сигнала расположен в неподвижном кронштейне 10, имеет два соосных сопла 11 и 12 и два постоянных дросселя 13 и 14. Сопла направлены навстречу друг другу и образуют с фланцем зазоры для прохода рабочей жидкости, которые можно регулировать. Входы постоянных дросселей соединены с источником питания рабочей жидкостью с постоянным давлением Р. Постоянные дроссели и сопла соединены по мостовой схеме, а междроссельные камеры сопл сообщаются с полостями управления исполнительного механизма 15, включенного в диагональ моста.
Предварительная настройка измерительного преобразователя включает в себя два этапа.
Оба этапа настройки преобразователя выполняются при неработающем приводе оборудования, когда подвижная втулка с фланцем находится в крайнем правом положении и прижата упругими элементами к бурту ступицы.
1
2
Первый этап предусматривает регулировку положения сопл в кронштейне для настройки одинаковых зазоров между торцами сопл и фланцем подвижной втулки, для чего используют резьбовые соединения. В результате регулировки давления Р и Р жидкости в полостях управления исполнительного механизма должны быть одинаковыми. Регулировка зазоров для прохода рабочей жидкости между торцами сопл и фланцем обеспечивает настройку преобразователя на заданный диапазон измерения угловой скорости.
Второй этап предусматривает предварительную деформацию упругих элементов, которая настраивается регулировочными гайками, определяющими положение неподвижной втулки на ступице, в зависимости от заданного диапазона измерения угловой скорости.
Измерительный преобразователь угловой скорости работает следующим образом.
При вращении механической части преобразователя, соединенной через ступицу с валом привода контролируемого объекта, возникают центробежные силы инерции, которые воздействуют на грузы, закрепленные на упругих элементах, и заставляют их перемещаться радиально от оси вращения. Упругие элементы деформируются на величину, пропорциональную центробежной силе.
Деформация упругих элементов приводит к соответствующему перемещению влево подвижной втулки с фланцем.
Фланец подвижной втулки, являющийся заслонкой и расположенный между соплами формирователя выходного сигнала, изменяет зазоры для прохода рабочей жидкости. Зазор между торцом сопла 11 и фланцем уменьшается, а зазор между торцом сопла 12 и фланцем увеличивается. Сопротивление течению жидкости из сопла И увеличивается, а из сопла 12 уменьшается, что приводит к изменению давлений в междроссельных камерах сопл и полостях управления исполнительного механизма. Давление ij возрастает, а давление Р^ уменьшается. Возникающая разность давлений (перепад) используется как управляющий сигнал на входах исполнительного механизма.
Для измерения и контроля угловой скорости контролируемого объекта исполнительный механизм в предлагаемом преобразователе может быть выполнен в виде дифференциального манометра, шкала которого проградуирована в единицах измерения угловой скорости.
Для использования в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования исполнительный механизм преобразователя может быть выполнен, например, в виде четырехщелевого дросселирующего золотникового распределителя с пружинным центрированием. Под действием разности давлений в полостях управления под торцами золотника, последний смещается в своем корпусе, изменяя проходные сечения соответствующих щелей и, тем самым изменяя расход жидкости, подводимый и отводимый к гидравлическому двигателю привода промышленного оборудования.
Благодаря сравнительно небольшим габаритным размерам и массе измерительный преобразователь угловой скорости можно устанавливать на вращающихся валах привода технологического оборудования в любом удобном месте, вне рабочей зоны.
Источники информации, принятые во внимание
1. Вершинин Н.И. Автоматическое регулирование / Н.И. Вершинин, А.А. Верцайзер, В.М. Яковлев. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. - Л.: Энергия, 1965. - С. 26, рис. 18.
2. Авторское свидетельство СССР №451068, М. Кл. G05D 13/10, G01P 13/00, приор. 18.12.1972, опубл. 25.11.1974, Бюл. №43.
3. Авторское свидетельство СССР №591765, М. Кл. G05P 3/20, приор. 02.06.1976, опубл. 05.02.1978, Бюл. №5 (прототип).