Устройство для автоматического регулирования давления жидкости в камере
DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF LIQUID PRESSURE IN CHAMBER

Изобретение устройства относится к системам автоматического регулирования давления жидких рабочих сред с использованием электрических средств и предназначено для применения в составе испытательных и промышленных установок с камерами большого объема и высокого давления при проведении исследований и реализации различных технологических процессов.
Известно устройство регулирования давления в камере (а.с. СССР №1053075, приоритет от 09.04.1982, МПК G05D 16/20), содержащее источник давления (баллон с газовой смесью), магистрали подачи и сброса давления со встроенными в них регулятором давления и трехлинейным двухпозиционным распределителем, электрически соединенным с выходом блока управления, вход которого электрически соединен с датчиком контроля давления в камере. Поступающие с датчика давления электрические сигналы сравниваются с заданным значением сигнала пропорционального задатчика давления, в результате чего блок управления формирует импульсы управления распределителем, подключающим камеру с заданной частотой поочередно к магистрали питания или сброса.
Недостатком устройства является отсутствие возможности автоматически изменять по заданному закону величину давления в процессе наполнения или опорожнения камеры, а также низкая точность регулирования из-за большой дискретности, т.е. скачкообразной работы распределителя, запорный элемент которого при подаче или отключении управляющего электрического сигнала может занимать только два крайних положения, обеспечивающих полное открытие или полное перекрытие магистрали подачи и сброса давления, что не позволяет обеспечить плавное изменение расхода, а следовательно и давления.
Среди известных устройств наиболее близким по технической сущности (прототипом) является «Устройство для автоматического регулирования давления в силовом цилиндре гидравлического пресса» (патент РФ №2278026, приоритет от 17.11.2004, МПК В30В 15/22), которое содержит насос, соединенный напорной магистралью с полостью силового гидроцилиндра, регулятор давления в виде плунжерного гидроцилиндра с механизмом управления в виде электропривода с регулируемой частотой вращательного движения, имеющего в своем составе механическую передачу на базе редуктора и преобразователя вращательного движения в поступательное типа «винт-гайка», гидрораспределители с электромагнитным управлением и датчик давления, электрически соединенные с соответствующими выходами и входом блока управления.
Недостатком указанного устройства является как низкая точность регулирования, так и отсутствие возможности плавного изменения расхода, а следовательно и давления, вследствие применения для перемещения плунжера регулятора давления электропривода с механической передачей на базе редуктора и механического преобразователя вращательного движения в поступательное движение типа «винт-гайка», характеризующихся высоким порогом чувствительности из-за потерь на преодоление трения и зазоров (люфтов) в кинематических парах передачи.
Кроме того, наличие в составе устройства регулируемого электропривода существенно увеличивает его размеры и массу, усложняет конструкцию блока управления, требует дополнительного программного обеспечения, отличающегося от использования для управления гидрораспределителями.
Задача предлагаемого технического решения - повышение точности автоматического регулирования величины давления и скорости его изменения, упрощение конструкции устройства для ее решения.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в устройстве, содержащем насос, соединенный посредством напорной магистрали и встроенных в нее электрически управляемых гидроустройств с камерой, подключенные к напорной магистрали пропорциональный регулятор давления с предохранительным клапаном и встроенный в камеру датчик давления, электрически соединенные с соответствующими выходами и входами блока управления, а также сливные магистрали, насос соединен с полостью камеры посредством последовательно встроенных в напорную магистраль:
- пропорционального четырехлинейного трехпозиционного гидрораспределителя с одной заглушенной выходной линией;
- быстродействующего отсечного клапана;
- подсоединенного к напорной магистрали между насосом и пропорциональным четырехлинейным трехпозиционным гидрораспределителем пропорционального регулятора давления с предохранительным клапаном,
электрические входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления, выполненного с возможностью регулирования по сигналам, поступающим на его вход от датчика давления, величины и частоты электрических сигналов, подаваемых на входы пропорционального четырехлинейного трехпозиционного гидрораспределителя,
пропорционального регулятора давления с предохранительным клапаном и быстродействующего отсечного клапана с большой частотой срабатывания.
Сравнительный анализ заявленного технического решения с аналогом и прототипом показывает, что применение в составе устройства пропорционального регулятора давления с предохранительным клапаном и пропорционального четырехлинейного трехпозиционного гидрораспределителя, реализующего заданный расход жидкости, в сочетании с периодически работающим в импульсном режиме быстродействующим отсечным клапаном со сравнительно меньшим временем срабатывания, чем у пропорционального четырехлинейного трехпозиционного
гидрораспределителя и пропорционального регулятора давления с предохранительным клапаном, т.е. с более высоким быстродействием, обеспечивает уменьшение дискретности изменения расхода, а следовательно изменения скорости наполнения или опорожнения полости камеры и дискретности изменения в ней давления.
В результате повышается точность регулирования давления и обеспечивается плавное его изменение с заданной скоростью, а отсутствие в составе устройства регуляторов давления, отличающихся по принципу действия от гидравлических, например, с электромеханическим приводом, существенно упрощает конструкцию и автоматическое управление.
На фиг. 1 представлена электрогидравлическая схема устройства.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - насос;
2 - напорная магистраль;
3 - камера;
4 - пропорциональный четырехлинейный трехпозиционный
гидрораспределитель;
5 - быстродействующий отсечной клапан;
6 - пропорциональный регулятор давления с предохранительным
клапаном;
7 - сливная линия;
8 - сливная линия ПГР;
9 - емкость для жидкости;
10 - датчик давления;
11 - блок управления (БУ).
к
Устройство для автоматического регулирования давления жидкости в камере 3 содержит насос 1, соединенный напорной магистралью 2 с полостью камеры 3, рассчитанной для эксплуатации при рабочем давлении и имеющей объем, обозначенный на фиг. 1 как V.
В напорную магистраль встроены:
пропорциональный четырехлинейный трехпозиционный гидрораспределитель (ПГР) 4 с одной заглушенной выходной линией;
- быстродействующий отсечной клапан (ОК) (двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель) 5, время срабатывания которого меньше времени срабатывания ПГР 4;
- подсоединенного к напорной магистрали 2 между насосом 1 и ПГР 4 пропорционального регулятора давления с предохранительным клапаном (ПРД) 6, сливная линия 7 которого соединена посредством сливной линии ПГР 8 с емкостью для жидкости 9.
Блок управления 11, выполненный с возможностью регулирования величины и частоты выходных сигналов, электрически связан с управляющими электромагнитами ПГР 4, ПРД 6 и ОК 5, а также с датчиком давления 10, например, аналоговым, встроенным в полость камеры 3.
Перед началом работы ПГР 4 и ОК 5 находятся в закрытом состоянии, как это показано на фиг. 1.
Процесс наполнения полости камеры 3 жидкостью, т.е. увеличения в ней давления, происходит в следующей последовательности.
Поступивший с одного из выходов блока управления 11 на управляющий электромагнит ПРД 6 электрический сигнал, величина которого в соответствии с программой пропорциональна заданной величине давления жидкости в полости камеры 3, вызывает его срабатывание и изменение давления жидкости, поступающей по напорной магистрали 2 от насоса 1, с дискретностью, определяющей дискретность изменения давления в полости камеры, т.е. точность регулирования. Чем меньше величина этой дискретности, тем выше точность регулирования давления.
к
Затем блок управления 11 вырабатывает управляющие электрические сигналы, которые, поступая с его выходов на соответствующие управляющие электромагниты ПГР 4 и ОК 5, вызывают их переключение в левое положение, т.е. «открытие», обеспечивая проход жидкости в полость камеры 3 объемом V, т.е. ее наполнение со скоростью, зависящей от величины расхода, обеспечиваемого площадью проходных сечений каналов ПГР 4 и ОК 5. Увеличение давления в полости камеры 3 контролируется датчиком давления 10, например, аналоговым, который постоянно вырабатывает сигнал, например, в виде электрического напряжения, пропорционального величине изменяющегося давления, причем этот сигнал поступает на соответствующий вход блока управления 11.
В блоке управления 11 происходит сравнение сигнала о текущей величине давления с заданной программой величиной, и выработанный сигнал рассогласования, поступая на управляющий электромагнит ПГР 4, вызывает его срабатывание с целью изменения расхода жидкости, определяющего скорость изменения давления в полости камеры 3.
Если дискретность срабатывания ПГР 4 не позволяет обеспечить с нужной точностью заданную скорость изменения расхода, блок управления 11 вырабатывает электрические управляющие сигналы, поступающие с определенной частотой на управляющий электромагнит ОК 5, переводя его из режима ожидания в импульсный режим работы, обеспечивающий многократное перекрытие проходного сечения канала для прохода жидкости.
Уменьшается дискретность изменения расхода жидкости, в результате чего обеспечивается более плавное достижение с большей точностью заданной величины давления, после чего блок управления 11 отключает импульсный режим работы ОК 5 и вырабатывает сигнал, вызывающий переключение ОК 5 в правое положение (положение «закрыто», как показано на фиг. 1), а ПГР 4 в среднее положение, т.е. осуществляется перекрытие напорной магистрали 2 и жидкость от насоса 1 поступает через ПРД 6, сливную линию 7 и сливную линию ПГР 8 в емкость для жидкости 9.
Для уменьшения давления в полости камеры 3 или ее полного опорожнения, по сигналам от блока управления 11 уменьшается или полностью снимается давление на выходе ПРД 4, ОК 5 переключается в левое положение, а ПГР 6 - в крайнее правое положение, соединяя напорную магистраль 2 со сливной линией ПГР 8, по которой жидкость поступает в емкость для жидкости 9.
Как и в случае наполнения, скорость слива жидкости и давление в полости камеры 3 контролируется датчиком давления 10, сигналы с которого, поступают в блок управления 11, который после их обработки, вырабатывает соответствующие управляющие сигналы для ПГР 4 и ОК 5.
Таким образом, достигается заявленный технический результат -повышение точности автоматического регулирования величины давления и скорости его изменения, упрощение конструкции устройства для автоматического регулирования давления жидкости в камере.