RU2225960C2

RU2225960C2 - Actuator

Info

Publication number: RU2225960C2
Application number: RU2001124023/09A
Authority: RU
Inventors: И.М. Зыбин; Н.В. Овчелупов; В.С. Фимушкин
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения"
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2004-03-20

Abstract

FIELD: control systems, conversion of pressure of working medium to movement. SUBSTANCE: given actuator has elastic membrane with rigid center and rod cup-shaped in initial state placed between two cylinders, the latter being coaxial with one another. Membrane is made of two individual layers, inner leak-tight layer produced from frost-resistant material and outer layer made of woven material. On side of side surface membrane is anchored in grooves of internal cylinder. End of outer layer is interwoven between elastic rings and is pressed against wall of external cylinder. Surface of membrane on side of its base is squeezed between rod bottom, circular protrusion of thrust washer and bearing ring put on rod. Annular grooves are cut in both sides of bearing ring, inner layer of membrane has circular bulges, membrane shape on half of working length is conical with angle of 3-10 deg. EFFECT: raised operational reliability, diminished friction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматических систем управления, а именно к исполнительным устройствам и механизмам. Известны гидравлические и пневматические исполнительные устройства мембранного типа, в которых основным рабочим элементом служит эластичная мембрана, например [1]. Данное устройство содержит плоскую мембрану с жестким центром, закрепленную по внешней кромке между двумя корпусными деталями, шток, соединенный с жестким центром мембраны. Мембрана выполняет функции поршня, преобразующего давление рабочей среды в механическое перемещение, и уплотнительного элемента одновременно. Основные недостатки данного устройства: малый рабочий ход, непостоянство рабочего усилия от перемещения и значительные габариты, что ограничивает область применения данных устройств.The invention relates to the field of automatic control systems, namely to actuators and mechanisms. Known hydraulic and pneumatic actuators of the membrane type, in which the main working element is an elastic membrane, for example [1]. This device contains a flat membrane with a rigid center, fixed at the outer edge between two body parts, a rod connected to a rigid center of the membrane. The membrane acts as a piston that converts the pressure of the working medium into mechanical movement, and the sealing element at the same time. The main disadvantages of this device: a small stroke, the inconsistency of the working effort from movement and significant dimensions, which limits the scope of these devices.

Известно исполнительное устройство с гофрированной (чашеобразной, в исходном состоянии) мембраной, например [2], наиболее близкое к предлагаемому решению. В этом устройстве мембрана, отформованная в виде эластичного цилиндра с дном, также снабжена жестким центром со штоком и закреплена между торцами цилиндрических корпусов, образующих рабочий цилиндр. При работе устройства под действием рабочего давления мембрана выжимается в зазор между жестким центром и стенкой цилиндра и образует гофру, которая обеспечивает данному устройству значительное увеличение рабочего хода по сравнению с устройствами с плоской мембраной. Основной недостаток данного устройства следующий. При перемещении жесткого центра перемещается и гофра мембраны, учитывая, что при образовании гофры мембрана выворачивается вовнутрь, и в стенках мембраны возникают внутренние напряжения, появляется значительное внутреннее трение в стенках мембраны. Для увеличения рабочего давления мембраны изготавливают из прорезиненных мембранных полотен, которые имеют небольшую эластичность. Поэтому при многократных рабочих циклах, особенно при низких температурах, данное устройство имеет недостаточную надежность из-за расслоения полотна и потери герметичности. Кроме этого при сборке данного устройства возникает неопределенность деформаций по опорным поверхностям мембраны, что также снижает надежность механизма в целом.A known actuator with a corrugated (cup-shaped, in the initial state) membrane, for example [2], is closest to the proposed solution. In this device, the membrane, molded in the form of an elastic cylinder with a bottom, is also equipped with a rigid center with a rod and is fixed between the ends of the cylindrical bodies forming the working cylinder. When the device is operating under the action of working pressure, the membrane is squeezed into the gap between the rigid center and the cylinder wall and forms a corrugation, which provides this device with a significant increase in the working stroke compared to devices with a flat membrane. The main disadvantage of this device is as follows. When the rigid center is moved, the corrugation of the membrane also moves, taking into account that during the formation of the corrugation, the membrane turns inside out and internal stresses appear in the walls of the membrane, significant internal friction appears in the walls of the membrane. To increase the working pressure, the membranes are made of rubberized membrane sheets, which have little elasticity. Therefore, with multiple duty cycles, especially at low temperatures, this device has insufficient reliability due to stratification of the web and loss of tightness. In addition, when assembling this device, there is an uncertainty of deformations along the supporting surfaces of the membrane, which also reduces the reliability of the mechanism as a whole.

Задача данного изобретения: повышение надежности и снижение трения исполнительного мембранного устройства.The objective of the invention: improving reliability and reducing friction of the actuating membrane device.

Это достигается тем, что в исполнительном устройстве, содержащем чашеобразную эластичную мембрану с жестким центром и штоком, закрепленную между двумя цилиндрами, цилиндры расположены коаксиально друг относительно друга, мембрана выполнена из двух отдельных слоев, внутреннего герметичного из морозостойкого материала и наружного тканого, при этом мембрана со стороны боковой поверхности закреплена в проточках внутреннего цилиндра, причем конец наружного слоя мембраны переплетен между эластичными кольцами и поджат к стенке наружного цилиндра, а поверхность мембраны со стороны ее основания зажата между дном штока, кольцевым выступом упорной шайбы и опорным кольцом, размещенных на штоке, причем на обеих сторонах опорного кольца выполнены проточки, а на внутреннем слое мембраны кольцевые утолщения, форма мембраны, на половине рабочей длины в ее исходном состоянии, выполнена конической с углом 3...10°.This is achieved by the fact that in an actuator comprising a cup-shaped elastic membrane with a rigid center and a rod fixed between two cylinders, the cylinders are arranged coaxially with respect to each other, the membrane is made of two separate layers, the inner one is made of frost-resistant material and the outer one is woven, and the membrane from the side of the side surface is fixed in the grooves of the inner cylinder, and the end of the outer layer of the membrane is interwoven between the elastic rings and pressed against the wall of the outer c cylinder, and the surface of the membrane from the side of its base is sandwiched between the bottom of the rod, the annular protrusion of the thrust washer and the support ring placed on the rod, with grooves made on both sides of the support ring, and annular thickenings on the inner layer of the membrane, the shape of the membrane, at half the working length in its initial state, made conical with an angle of 3 ... 10 °.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства. Последнее содержит внутренний цилиндр, совмещенный с корпусом 1, наружный тонкостенный цилиндр 2, мембрану, состоящую из двух эластичных слоев, внутреннего герметичного 3 и наружного силового 4. Внутренний слой выполняется, например, из мягкой морозостойкой резины, а наружный из вязаного полотна. На торцах внутреннего слоя выполнены кольцевые утолщения 5 для надежной герметизации рабочей полости механизма, а на внутреннем цилиндре кольцевые проточки 6. Жесткий центр образован дном штока 7, опорным кольцом 8 и упорной шайбой 9. В опорном кольце с двух сторон выполнены кольцевые проточки, в которых фиксируются оба слоя мембраны, отдельно друг от друга. Мембрана выполнена чашеобразной формы, причем на половине рабочей длины L в исходном не деформированном состоянии мембрана выполнена конической, с углом 3...10° от цилиндрической образующей. При креплении наружного слоя на внутреннем цилиндре край слоя переплетается между двумя эластичными кольцами 10 и запирается стенкой наружного цилиндра, при этом обеспечивается однозначность крепления обоих слоев и герметичность соединения внутреннего слоя. На другом конце кольцевое утолщение внутреннего слоя мембраны зажато в кольцевом замке, образованном между дном штока и опорным кольцом 8, которые соприкасаются по внутренней поверхности, обеспечивая однозначный натяг по кольцевому утолщению и герметичность соединения. Наружный слой затягивается кольцевым выступом упорной шайбы 9 определенным моментом закрутки гайки 11. Такая конструкция обеспечивает независимость крепления слоев мембраны на подвижном штоке, по условиям работы наиболее нагруженном месте.The drawing shows a General view of the proposed device. The latter contains an inner cylinder, combined with the housing 1, an outer thin-walled cylinder 2, a membrane consisting of two elastic layers, an inner airtight 3 and an external power 4. The inner layer is made, for example, of soft frost-resistant rubber, and the outer one of a knitted fabric. On the ends of the inner layer, annular thickenings 5 are made for reliable sealing of the working cavity of the mechanism, and on the inner cylinder, annular grooves 6. A rigid center is formed by the bottom of the rod 7, the support ring 8 and the thrust washer 9. In the support ring, annular grooves are made on both sides, in which both layers of the membrane are fixed, separately from each other. The membrane is cup-shaped, and at half the working length L in the initial undeformed state, the membrane is conical, with an angle of 3 ... 10 ° from the cylindrical generatrix. When attaching the outer layer to the inner cylinder, the edge of the layer is intertwined between two elastic rings 10 and locked by the wall of the outer cylinder, while ensuring the unambiguous fastening of both layers and the tightness of the connection of the inner layer. At the other end, the annular thickening of the inner layer of the membrane is clamped in an annular lock formed between the bottom of the rod and the support ring 8, which are in contact on the inner surface, providing a unique tightening on the annular thickening and tightness of the connection. The outer layer is tightened by the annular protrusion of the thrust washer 9 at a certain moment of twisting of the nut 11. This design ensures the independence of the fastening of the membrane layers on the movable rod, according to the operating conditions of the most loaded place.

При работе устройства, т.е. когда шток перемещается на величину L, образуется гофра, но оба слоя мембраны работают независимо друг от друга, трение в гофре резко снижается, обеспечивая более низкое давление срабатывания. Возможность применения более тонкого и эластичного внутреннего слоя обеспечивает его повышенный ресурс при работе на изгиб и надежность герметизации, особенно на низких температурах.When the device is operating, i.e. when the rod moves by the value of L, a corrugation is formed, but both layers of the membrane work independently of each other, the friction in the corrugation decreases sharply, providing a lower response pressure. The possibility of using a thinner and more flexible inner layer provides its increased resource during bending and sealing reliability, especially at low temperatures.

Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом, обеспечивает снижение трения и повышение надежности путем обеспечения более надежного крепления и герметизации рабочей мембраны, а также увеличения ресурса ее работы.Thus, the proposed device, in comparison with the prototype, provides reduced friction and increased reliability by providing more reliable fastening and sealing of the working membrane, as well as increasing the resource of its work.

Источники информацииSources of information

1. Цикерман Л.Я., Шимкович В.В. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматики. - М.: Высшая школа, 1971, с. 67, рис.20.1. Tsikerman L.Ya., Shimkovich VV Design, installation and operation of automation systems. - M.: Higher School, 1971, p. 67, Fig. 20.

2. То же, стр. 69, рис.22.2. The same, p. 69, Fig. 22.

Claims

An actuating membrane device comprising a cup-shaped elastic membrane with a rigid center and a rod fixed between two cylinders, characterized in that the cylinders are coaxial with respect to each other, the membrane is made of two separate layers, an inner one made of frost-resistant material and an outer woven, the membrane with side of the side surface is fixed in the grooves of the inner cylinder, and the end of the outer layer of the membrane is interwoven between the elastic rings and pressed against the wall of the bunk the cylinder, and the membrane surface from the side of its base is sandwiched between the bottom of the rod, the annular protrusion of the thrust washer and the support ring placed on the rod, with grooves made on both sides of the support ring, and annular thickenings on the inner layer of the membrane, the shape of the membrane, at half the working length, made conical with an angle of 3 ... 10 °.