RU162577U1

RU162577U1 - MEMBRANE DRIVE

Info

Publication number: RU162577U1
Application number: RU2015113391/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Сысоев; Анатолий Александрович Воздуган; Григорий Александрович Панин
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2016-06-20

Abstract

Мембранный привод, включающий мембрану, соединенную со штоком, отличающийся тем, что на штоке закреплен упор с возможностью перемещения вдоль него и регулирования расстояния до мембраны.A membrane actuator comprising a membrane connected to the rod, characterized in that a stop is fixed to the rod with the ability to move along it and control the distance to the membrane.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, гидравлическим и пневматическим приводам, работающим от воздействия газа или жидкости.The present invention relates to the field of mechanical engineering, hydraulic and pneumatic actuators operating from exposure to gas or liquid.

Наиболее эффективно применение устройства в качестве приводного механизма регулирования перемещения, прижатия к седлу запорного органа клапанов гидропневмоаппаратуры.The most effective use of the device as a drive mechanism for regulating the movement, pressing the valves of hydropneumatic equipment to the saddle of the shut-off organ.

Известен мембранный привод (см. А.С. №427206, Бондарчука Л.С. и др., опубл. 05.05.74 г., БИ №17), в котором используют одну мембрану. Конструкция устройства выполнена с возможностью соединения и разъединения надмембранной полости с дополнительной пневмолинией давления рабочей среды. Это позволяет увеличивать усилие возврата штока при снятии избыточного давления в подмембранной полости. Однако не решается задача увеличения усилия на штоке в конце его рабочего хода, требуемого, например, для обеспечения надежности запирания клапана при прямом ходе штока. Данный привод имеет ограниченные функциональные возможности, так как требуемое силовое воздействие на подвижный рабочий орган создают только величиной давления рабочей среды на мембрану.A known membrane actuator (see A.S. No. 427206, L. Bondarchuk and others, publ. 05.05.74, BI No. 17), in which one membrane is used. The design of the device is made with the possibility of connecting and disconnecting the supramembrane cavity with an additional pneumatic pressure line of the working medium. This allows you to increase the force of the stem return when removing excess pressure in the submembrane cavity. However, the problem of increasing the force on the rod at the end of its stroke, which is required, for example, to ensure the reliability of locking the valve with a direct stroke of the rod, is not solved. This drive has limited functionality, since the required force on the movable working body is created only by the pressure of the working medium on the membrane.

Известен мембранный привод (см. патент №143729, Сысоева С.Н. и др., опубл. 27.07.2014 г., Бюл. №21), в котором используют две мембраны с жесткими центрами, а в процессе функционирования используют эффективные площади его мембран. Данный привод является частью системы приводов и работает совместно с камерным приводом. В известных мембранных приводах повышение давления рабочей среды в рабочей камере сразу же приводит к перемещению подвижного рабочего органа. В данном устройстве перемещение подвижного органа начинается только при достижении в рабочей камере определенного давления, что определяет его конструктивное исполнение. Привод выполнен в виде корпуса с рабочей камерой, ограниченной двумя мембранами с жесткими центрами, соединенными со штоком. Причем площади жестких центров в исходном положении одинаковы, а один из них выполнен из двух составных частей с возможностью разъединения при определенном силовом воздействии на него от давления рабочей среды. Части жесткого центра удерживаются от разъединения магнитной защелкой. При подаче рабочей среды в рабочую камеру первоначально шток не перемещается, так как эффективные площади мембран одинаковы и силовые воздействия на него с противоположных сторон от мембран равны. При достижении в рабочей камере определенного давления рабочей среды силовое воздействие от него разъединяет части жесткого центра и эффективная площадь мембраны уменьшается. Это приводит к перемещению штока в направлении мембраны с большим по площади жестким центром.A known membrane actuator (see patent No. 143729, Sysoyeva S.N. et al., Published on July 27, 2014, Bull. No. 21), in which two membranes with rigid centers are used, and in the process of operation, their effective areas are used membranes. This drive is part of the drive system and works in conjunction with a camera drive. In known membrane drives, an increase in the pressure of the working medium in the working chamber immediately leads to the movement of the movable working body. In this device, the movement of the movable body begins only when a certain pressure is reached in the working chamber, which determines its design. The drive is made in the form of a housing with a working chamber bounded by two membranes with rigid centers connected to the rod. Moreover, the areas of the rigid centers in the initial position are the same, and one of them is made of two components with the possibility of separation with a certain force impact on it from the pressure of the working medium. Parts of the rigid center are kept from being disconnected by a magnetic latch. When the working medium is fed into the working chamber, the rod does not initially move, since the effective areas of the membranes are the same and the force acting on it from opposite sides of the membranes is equal. When a certain pressure of the working medium is reached in the working chamber, the force action from it separates the parts of the rigid center and the effective membrane area decreases. This leads to the displacement of the rod in the direction of the membrane with a large rigid center in area.

В данном устройстве расширяются функциональные возможности привода за счет организации дополнительной зависимости величины силового воздействия на шток от давления рабочей среды в рабочей камере.In this device, the functionality of the drive is expanded by organizing an additional dependence of the magnitude of the force on the rod on the pressure of the working medium in the working chamber.

Однако устройство отличается конструктивной сложностью, т.к. используются две мембраны и не обеспечивается увеличение усилия на штоке в конце его прямого хода, что ограничивает его функциональные возможности.However, the device is structurally difficult because two membranes are used and the increase in effort on the rod at the end of its forward stroke is not ensured, which limits its functionality.

Наиболее близким по технической сущности из известных является мембранный привод с одной мембраной (см. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. М., Машиностроение, 1964, с. 275-280), под которую подается рабочая среда. Мембрана соединена через закрепленный на ней жесткий центр со штоком, выполняющим функцию подвижного рабочего органа. Жесткий центр предотвращает изгиб части поверхности мембраны, увеличивая ее эффективную площадь. Привод работает следующим образом. При повышении давления рабочей среды мембрана прогибается, перемещая шток. Величина перемещения штока определяется силовым воздействием на мембрану от величины давления рабочей среды. Для мембраны с жестким центром силовое воздействие F определяется произведением давления р на эффективную площадь S_эфф в соответствии с известным (см. Сысоев С.Н. Элементы гидравлического и пневматического оборудования: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т; Владимир, 2001. с. 32) выражением:The closest in technical essence of the known is a membrane drive with a single membrane (see Gurevich DF Calculation and design of pipe fittings. M., Engineering, 1964, S. 275-280), under which the working medium is supplied. The membrane is connected through a rigid center fixed to it with a rod that performs the function of a movable working body. A rigid center prevents bending of part of the surface of the membrane, increasing its effective area. The drive operates as follows. With increasing pressure of the working medium, the membrane bends, moving the rod. The magnitude of the movement of the rod is determined by the force acting on the membrane from the magnitude of the pressure of the working medium. For a membrane with a rigid center, the force action F is determined by the product of pressure p and the effective area S _eff in accordance with the known one (see Sysoev S.N. Elements of hydraulic and pneumatic equipment: Textbook / Vladim. State University; Vladimir, 2001 . p. 32) by the expression:

где: R - радиус мембраны; r - радиус жесткого центра.where: R is the radius of the membrane; r is the radius of the rigid center.

Величина перемещения подвижного рабочего органа в данных устройствах задается перед началом работы только величиной давления рабочей среды, что ограничивает функциональные возможности привода и область его применения.The magnitude of the movement of the movable working body in these devices is set before starting only the magnitude of the pressure of the working medium, which limits the functionality of the drive and its scope.

Таким образом, данное устройство и все известные ограничивают функциональные возможности мембранного привода.Thus, this device and all known limit the functionality of the membrane actuator.

Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей мембранных приводов путем обеспечения увеличения усилия на штоке в конце его прямого хода без изменения габаритных размеров устройства.The objective of the utility model is to expand the functionality of diaphragm actuators by providing increased effort on the rod at the end of its forward stroke without changing the overall dimensions of the device.

Поставленная задача достигается тем, что в мембранном приводе, включающем мембрану, соединенную со штоком, на штоке закреплен упор с возможностью перемещения вдоль него и регулирования расстояния до мембраны.The task is achieved by the fact that in the membrane actuator, including the membrane connected to the rod, a stop is fixed on the rod with the ability to move along it and adjust the distance to the membrane.

Пример предлагаемого устройства и этапы его работы представлен на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3. Устройство (фиг.1) состоит из корпуса 1 с рабочей камерой 2, ограниченной мембраной 3 с закрепленным на ней штоком 4. На штоке установлен упор 5, зафиксированный ограничителем 6 на расстоянии l от поверхности мембраны.An example of the proposed device and the stages of its operation are presented in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3. The device (figure 1) consists of a housing 1 with a working chamber 2, limited by a membrane 3 with a rod 4 fixed to it. A stop 5 is mounted on the rod, fixed by a limiter 6 at a distance l from the membrane surface.

В исходном положении, когда в рабочей камере манометрическое давление воздуха равно нулю (р=0), шток занимает исходное положение на расстоянии Х₀ от края корпуса.In the initial position, when the gauge air pressure in the working chamber is equal to zero (p = 0), the rod takes its initial position at a distance of X ₀ from the edge of the housing.

При подачи пневмопитания в рабочую камеру давление в ней повышается. Возрастает сила, действующая на шток до F₁ (фиг.2). Шток перемещается на расстояние X₁ от величины давления р₁ в рабочей камере. При этом эффективная площадь мембраны остается постоянной, так как мембрана еще не контактирует с упором 5.When pneumatic supply is supplied to the working chamber, the pressure in it increases. The force acting on the rod increases to F ₁ (figure 2). The rod moves a distance of X ₁ from the pressure p ₁ in the working chamber. In this case, the effective area of the membrane remains constant, since the membrane is not yet in contact with the stop 5.

При дальнейшем увеличении давления до p₂ (фиг.3) в рабочей камере мембрана прогибаясь, входит в контакт с упором. Это приводит к увеличению эффективной площади мембраны, увеличивая силу F₁ на штоке до F₂.With a further increase in pressure to p ₂ (Fig. 3) in the working chamber, the membrane bends, comes into contact with the stop. This leads to an increase in the effective area of the membrane, increasing the force F ₁ on the rod to F ₂ .

При снижении величины давления в рабочей камере происходит размыкание контакта мембраны с упором, что приводит к уменьшению эффективной площади мембраны и снижению силового воздействия на шток от величины давления.With a decrease in the pressure in the working chamber, the contact of the membrane opens with an emphasis, which leads to a decrease in the effective area of the membrane and a decrease in the force acting on the stem from the pressure value.

Таким образом, расширяются функциональные возможности мембранных приводов путем обеспечения увеличения усилия на штоке в конце его прямого хода от величины давления рабочей среды и уменьшения усилия на штоке при обратном его ходе за счет изменения эффективной площади мембраны без изменения габаритных размеров устройства.Thus, the functionality of membrane drives is expanded by providing an increase in the force on the rod at the end of its forward stroke from the pressure of the working medium and a decrease in the force on the rod during its reverse stroke by changing the effective area of the membrane without changing the overall dimensions of the device.

В лаборатории СКБ «Поиск» Владимирского государственного университета исследован предлагаемый мембранный привод. Моделирование, макетирование, натурные исследования показали его промышленную применимость и эффективность.In the laboratory of SKB “Search” of Vladimir State University, the proposed membrane drive was investigated. Modeling, prototyping, full-scale studies have shown its industrial applicability and effectiveness.

Claims

A membrane actuator comprising a membrane connected to the rod, characterized in that a stop is fixed to the rod with the ability to move along it and control the distance to the membrane.