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 гидромеханический датчик угловой скорости, содержащий неподвижный корпус с расположенным в нем ротором, в роторе выполнена радиальная полость, в которой установлен клапан, выполненный в виде центробежного груза [1].
Недостатками датчика являются: низкая чувствительность и точность измерения, обусловленные трением клапана о стенки радиальной полости и его инерционностью; большой расход жидкости через клапан; слабый сигнал на выходе датчика, выполненного по полумостовой схеме; ограниченные технические возможности из-за отсутствия регулировки.
Известен также датчик угловой скорости, содержащий корпус и установленный в нем ротор с каналами высокого, низкого и командного давлений, в радиальной расточке которого размещен груз-золотник с регулирующей выточкой, связанной с каналами ротора, груз-золотник выполнен симметричным относительно оси вращения ротора, а одна из симметричных частей груза-золотника выполнена полой [2].
Недостатками датчика являются: низкая чувствительность и точность измерения, обусловленные трением груза-золотника о стенки радиальной расточки ротора и его инерционностью; большой расход жидкости через регулирующую выточку груза-золотника; ограниченные технические возможности из-за отсутствия регулировки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений, содержащий корпус, в котором между соосно расположенными соплами размещена подвижная инерционная заслонка, сопла через постоянные дроссели подключены к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом, корпус имеет линию отвода рабочей среды, заслонка удерживается в центре корпуса пружинами, а положение сопл вдоль оси чувствительности можно регулировать, в корпусе выполнена центральная расточка, соединенная с линией подвода рабочей среды и образующая с заслонкой радиальную гидравлическую опору [3].
Недостатком рассматриваемого преобразователя является низкая точность измерений и ограниченные технические возможности из-за отсутствия регулировки диапазонов измерения угловой скорости.
Технической задачей полезной модели является повышение точности измерения угловой скорости и расширение технических возможностей преобразователя.
Решение указанной задачи достигается тем, что корпус размещен в сквозной радиальной расточке ротора преобразователя, соосно соединенного с вращающейся частью контролируемого объекта, заданное положение корпуса в расточке определяют подвижные упоры, взаимное расположение которых можно регулировать винтами, расположенными в крышках радиальной расточки ротора.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новыми деталями являются: ротор преобразователя со сквозной радиальной расточкой, соосно соединенный с вращающейся частью контролируемого объекта; подвижные упоры корпуса; регулировочные винты подвижных упоров; крышки радиальной расточки ротора.
Новые функциональные связи: размещение корпуса в сквозной радиальной расточке ротора преобразователя обеспечивает перпендикулярность оси вращения ротора, а, следовательно, и контролируемого объекта, и оси чувствительности преобразователя, что обеспечивает максимальное воздействие центробежной силы инерции на подвижную инерционную заслонку; подвижные упоры определяют заданное положение корпуса в расточке; регулировочные винты обеспечивают установку подвижных упоров для заданного диапазона измерения угловой скорости; крышки радиальной расточки ротора служат для размещения регулировочных винтов и обеспечивают герметичность полостей и каналов ротора.
Наличие регулировки положения корпуса в роторе преобразователя повышает точность измерения угловой скорости и расширяет его технические возможности за счет настройки диапазона измерения.
Конструктивная схема измерительного преобразователя угловой скорости в исходном положении, то есть до его настройки на заданный диапазон измерения, показана на фиг. 1.
Измерительный преобразователь угловой скорости содержит корпус 1, в котором между соосно расположенными соплами 2 и 3 размещена подвижная инерционная заслонка 4, сопла через постоянные дроссели 5 и 6 подключены к линии 7 подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями 8 и 9 управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом 10, корпус имеет линию 11 отвода рабочей среды, заслонка удерживается в центре корпуса пружинами 12 и 13, а положение сопл вдоль оси чувствительности X - X можно регулировать.
В корпусе выполнена центральная расточка 14, соединенная с линией 7 подвода рабочей среды и образующая с заслонкой 4 радиальную гидравлическую опору. Жидкость из центральной расточки 14 проходит в сливные полости преобразователя и далее в линию 11 отвода рабочей среды через радиальные зазоры между корпусом и заслонкой, что исключает сухое трение между ними.
Корпус 1 размещен в сквозной радиальной расточке ротора 15 преобразователя, соосно соединенного с вращающейся вокруг оси Y-Y частью контролируемого объекта.
Крышки 16 и 17 герметично закрывают расточку ротора и служат для размещения регулировочных винтов 18 и 19.
Заданное положение корпуса в расточке определяют подвижные упоры 20 и 21, взаимное расположение которых можно регулировать винтами, расположенными в крышках радиальной расточки ротора.
Контргайки 22 и 23 обеспечивают надежную фиксацию заданного положения корпуса в расточке ротора в процессе работы преобразователя.
Предварительная настройка измерительного преобразователя включает в себя два этапа.
Первый этап предусматривает установку заслонки 4 в геометрическом центре корпуса 1, для чего одновременно регулируют положение сопл 2 и 3 вдоль оси чувствительности X - X и предварительный натяг пружин 12 и 13.
Зазоры между торцами сопл и заслонкой должны быть одинаковыми. Масса заслонки и силы пружин определяют чувствительность преобразователя.
Эту настройку можно производить вне ротора преобразователя.
Второй этап предусматривает установку геометрического центра корпуса в расточке ротора преобразователя на некотором заданном расстоянии от оси вращения Y - Y, для чего винтами 18 и 19 устанавливают и контргайками 22 и 23 фиксируют положение упоров 20 и 21. Величина настроенного эксцентриситета определяет чувствительность преобразователя. Изменяя эксцентриситет, можно настраивать преобразователь на различные диапазоны измерения угловой скорости.
Подвод и отвод жидкости производится через неподвижный коллектор (на фиг. 1 не показан) и каналы, выполненные в корпусе и роторе преобразователя.
Измерительный преобразователь угловой скорости работает следующим образом.
Если ротор преобразователя не вращается, то силы инерции в направлении оси чувствительности X - X отсутствуют, рабочая среда (жидкость) из линии 7 подвода поступает через постоянные дроссели 5 и 6 в измерительные камеры сопл 2 и 3, а затем, пройдя сопротивления в виде зазоров между торцами сопл и заслонки 4, по линии 11 отвода рабочей среды сливается в бак. Инерционная заслонка находится в равновесии, занимая симметричное положение в центре корпуса, под действием сил центрирующих пружин 12 и 13. Это приводит к созданию одинаковых сопротивлений истечению рабочей жидкости из сопл и равенству давлений в измерительных камерах.
Рабочая среда, подведенная с избыточным давлением в центральную расточку 14 корпуса преобразователя, создает равномерно распределенную по цилиндрической поверхности центрирующую силу, удерживающую заслонку 4 на оси чувствительности X - X. Жидкость, проходящая из центральной расточки в сливные полости преобразователя и далее в линию 11 через радиальные зазоры между корпусом и заслонкой, предотвращает возникновение сухого трения.
При вращении ротора преобразователя, соединенного с вращающейся частью контролируемого объекта, с определенной угловой скоростью возникает центробежная сила инерции, направленная вдоль оси чувствительности (например, вверх). Центробежная сила инерции будет пропорциональной массе заслонки, величине настроенного эксцентриситета и квадрату угловой скорости объекта.
Под действием этой силы заслонка 4 смещается вверх и изменяет гидравлические сопротивления сопл 2 и 3. Сопротивление истечению масла из сопла 2 уменьшается, а из сопла 3 увеличивается, что приводит к соответствующему изменению давлений в измерительных камерах. Возникающая разность давлений (перепад) используется как управляющий сигнал на входах исполнительного элемента, например, дросселирующего золотникового распределителя.
Для формирования выходного сигнала исполнительный элемент 10 в предлагаемом преобразователе может быть выполнен в виде четырехщелевого золотникового распределителя с пружинным центрированием. Под действием разности давлений в линиях 8 и 9 управляющего сигнала и под торцами золотника, последний смещается в своем корпусе, изменяя проходные сечения соответствующих щелей и, тем самым, формируя результирующий сигнал, который используется для регистрации угловой скорости объекта или автоматического управления приводом 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. Авторское свидетельство СССР №708317, Кл. G05 D 13/10, приор. 02.06.1978, опубл. 05.01.1980, Бюл. №1.
2. Авторское свидетельство SU №1293707, МПК G 05 D 13/10, приор. 20.09.1984, опубл. 28.02.1987, Бюл. №8.
3. Патент РФ №140862, МПК G 01 Р 15/00 (2006.01), приоритет от 23.12.2013, опубликован 20.05.2014, Бюл. №14 (прототип).