Мембранный привод
MEMBRANE DRIVE

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, гидравлическим и пневматическим приводам, работающим от воздействия газа или жидкости. Наиболее эффективно применение предлагаемого технического решения в пневматических приводах.
Известен мембранный привод (см. А.С. №427206, Бондарчука Л.С. и др., опубл. 05.05.74 г., БИ №17), в котором используют надмембранную полость, соединяя и разъединяя ее с дополнительной пневмолинией давления рабочей среды, увеличивая усилие возврата штока при снятии избыточного /давления в подмембранной полости. Однако данный привод имеет ограниченные функциональные возможности, так как требуемое силовое воздействие на подвижный рабочий орган создают только величиной давления на мембрану.
Известен мембранный привод (см. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., «Машиностроение», 1972; Сысоев С.Н. Элементы гидравлического и пневматического оборудования: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т; Владимир, 2001 - с. 32), где для получения требуемого усилия на штоке от давления рабочей среды мембрану выполняют с жестким центром, опорой, увеличивающей ее эффективную площадь. Однако увеличение размера жесткого центра относительно мембраны сопровождается двумя противоположными процессами. С одной стороны, чем больше ограничивается изгибная деформация центральной части мембраны, приводящая к увеличению ее эффективной площади, тем больше создаваемая давлением рабочей среды сила на штоке. С другой стороны уменьшается величина деформируемой части мембраны, что приводит к уменьшению величины хода штока (см. Сысоев, С.Н. Исследование влияния негнущейся опоры на характеристики одномембранного привода / С.Н. Сысоев, А.А. Воздуган, Д.М. Тестов // Международный научно-исследовательский журнал «Успехи современной науки», №1, 2018. с. 34-39).
Кроме этого, данный привод имеет нежесткую характеристику положения штока от нагрузки, а усилие на штоке регулируют только величиной давления рабочей среды. Все это ограничивает функциональные возможности привода.
Известен мембранный привод, в котором для управления используют эффективную площадь мембраны (см. Сысоев, С.Н. Метод управления приводом / С.Н. Сысоев, А.А. Воздуган // Вестник машиностроения. - 2017 - №5. - С. 35-37; Пат. 2623080 Российская Федерация, МПК3 E16K 31/145. Способ работы мембранного привода с жесткими центрами / Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Воздуган А.А. - №20114144809; заявл. 05.11.2014; опубл. 21.06.2017, бюлл. №18).
В известном одномембранном приводе (см. Сысоев, С.Н. Одномембранный привод с встроенной в мембрану опорой штока / С.Н. Сысоев, А.А. Воздуган, С.А. Фуртиков // Современные наукоемкие технологии, №7, 2018. с. 120-125) в мембрану встроена опора штока, выполненная в виде камеры, соединенная с линией избыточного давления рабочей среды. Данное техническое решение позволяет регулировать изгибную жесткость опоры штока, изменяя эффективную площадь мембраны, что расширяет функциональные возможности привода. Однако данный привод имеет нежесткую характеристику положения штока от нагрузки и сложное конструктивное исполнение мембраны, что ограничивает его функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности из известных является мембранный привод (см. патент №2015113391 «Мембранный привод», Сысоев С.Н., Воздуган А.А., Панин Г.А., опубл. 20.06.16 г., БИ №17). В мембранном приводе, включающем мембрану, соединенную со штоком, на штоке закреплен упор с возможностью перемещения вдоль него и регулирования расстояния до мембраны.
Данный привод имеет более жесткую характеристику положения штока от нагрузки (см. Сысоев, С.Н. Исследование одномембранного привода с ограничителем изгибной деформации мембраны / С.Н. Сысоев, А.А. Воздуган, Д.М. Тестов // Современные наукоемкие технологии, №6, 2018. с. 144-149), так как увеличение нагрузки приводит к увеличению площади контакта упора с мембраной, что увеличивает ее эффективную площадь.
Регулируют эффективную площадь мембраны перемещением упора относительно мембраны, что приводит к увеличению усилия на штоке в конце его прямого хода. Реализация данной функции требует установки на штоке привода перемещения упора, что значительно усложняет конструкцию, управление и увеличивает его массогабаритные характеристики.
Таким образом, данный привод и все известные имеют ограниченные функциональные возможности.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей привода при сохранении повышенной жесткостной характеристики хода штока от нагрузки.
Поставленная задача достигается тем, что в мембранном приводе, включающем мембрану, ограничивающую рабочую камеру, выполненную с возможностью соединения с линией избыточного давления рабочей среды, и соединенную со штоком с закрепленным на нем упором, между упором и мембраной дополнительно установлена гибкая оболочка, образующая герметичную камеру, выполненную с возможностью соединения с линией избыточного давления рабочей среды.
Пример предлагаемого устройства и этапы его работы представлен на чертеже, поз. а, б, в, г.
Устройство (фиг., поз. а) состоит из корпуса 1 с рабочей камерой 2, ограниченной мембраной 3 с закрепленным на ней штоком 4. На штоке установлен упор 5. Между упором 5 и мембраной 3 установлена гибкая оболочка 6, образующая герметичную камеру 7.
0
В исходном положении (фиг., поз. а), когда в рабочей камере 2 давление воздуха равно нулю (р=0), шток занимает исходное положение на расстоянии х от края корпуса.
1
1
1
При подаче пневмопитания в рабочую камеру 2 (фиг., поз. б) давление в ней повышается. Возрастает сила, действующая на шток до F. Шток перемещается на расстояние x при величине давления р в рабочей камере.
1
При этом сила, действующая на шток от давления р не изменяется, так как мембрана не взаимодействует с камерой 6 и эффективная площадь мембраны остается постоянной.
2
При воздействии полезной нагрузки N на шток (фиг., поз. в), так как эффективная площадь незначительна, мембрана прогибается и ход штока уменьшается до х.
к
1
3
Создание избыточного манометрического давления р воздуха в камере 7 оболочки 6 (фиг., поз. г) увеличивает эффективную площади мембраны, увеличивая силовое воздействие на шток от давления р в рабочей камере. Ход штока увеличивается до х.
к
Изменение величины давления р воздуха в камере 7 оболочки 6 позволяет регулировать ход штока привода.
Таким образом, предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности привода и обеспечивает повышенную жесткостную характеристику хода штока от нагрузки.