UA134017U

UA134017U - TWO-STAGE DIFFERENTIATOR OF NON-ELECTRICAL SIGNALS

Info

Publication number: UA134017U
Application number: UAU201812137U
Authority: UA
Inventors: Павло Васильович Потапський; Аркадій Михайлович Божок
Original assignee: Павло Васильович Потапський; Аркадій Михайлович Божок
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Двоступінчастий диференціатор неелектричних сигналів містить перетворювач сигналів з першим і другим сильфонами з'єднаними одними торцями із спільним рухомим фланцем, другий торець першого сильфона - з нерухомим фланцем, а другого сильфона - з рухомим фланцем зі штоком, основний і допоміжний підсумовуючі важелі, одними кінцями через тягу з'єднані із спільним рухомим фланцем, середня частина основного важеля через пружину - зі штоком, а другий кінець через тягу - із середньою частиною допоміжного важеля, друге плече якого - із вихідного тягою і дросель. В ньому додатково установлений другий перетворювач сигналів і в обох перетворювачах другі торці сильфонів нерухомі з осьовими отворами, крізь які проходять штоки жорстко зв'язані із спільними рухомими фланцями, з виконаними в них перепускними для робочої рідини отворами і з установленими регульованими дроселями, причому шток першого перетворювача з'єднаний з одним кінцем основного важеля, середня частина його через пружину - із тягою вхідного сигналу, а другий кінець через проміжну тягу і пружину - із середньою частиною додаткового важеля, один кінець якого з'єднаний зі штоком другого перетворювача, а другий кінець - з вихідною тягою диференціатора.Two-stage non-electric signal differentiator contains a signal converter with first and second bellows connected at one end with a common movable flange, the second end of the first bellows with a fixed flange, and the second bellows with a movable flange with a stem, the main and auxiliary the thrust connected to the common movable flange, the middle part of the main lever through the spring - with the rod, and the other end through the thrust - with the middle part of the auxiliary lever, the second arm of which is from the output thrust oh and the throttle. It additionally installed a second signal transducer and in both converters the second ends of the bellows fixed with axial holes through which the rods are rigidly connected to the common movable flanges, made in them by-pass for the working fluid holes and with adjustable throttles first, the converter is connected to one end of the main lever, the middle part through the spring with input thrust, and the other end through the intermediate thrust and spring with the middle part of the additional weight la, one end of which is connected to the stem of the second converter and the other end to the output thrust of the differentiator.

Description

Корисна модель належить до засобів систем автоматики і може бути використана переважно в гідропневмомеханічних системах автоматичного регулювання (САР) і системах автоматичного керування (САК) різних за призначенням машин, агрегатів і технологічного обладнання для покращення їх динамічних показників в умовах змінних режимів роботи.The useful model belongs to the means of automation systems and can be used mainly in hydropneumatic automatic control systems (SAC) and automatic control systems (ACS) of various machines, aggregates and technological equipment for improving their dynamic performance under conditions of variable operating modes.

Найближчим аналогом є двоступінчастий диференціатор, що містить сильфонний вузол приймання вхідних сигналів та їх перетворювач у вигляді першого і другого сильфонів, зв'язаних між собою спільним рухомим фланцем і установлених в напрямній, причому сильфон вузла з першим сильфоном перетворювача сполучений через дросель, а з другим сильфоном через рухомий фланець і гнучкий шланг і спільний рухомий фланець, основний і додатковий підсумовуючі важелі, які за допомогою тяги зв'язані одними плечами із спільним рухомим фланцем, при цьому основний підсумовуючий важіль середньою частиною через тягу зв'язаний з рухомим фланцем другого сильфона перетворювача, а другим плечем через тягу - із середньою частиною додаткового підсумовуючого важеля, друге плече якого - із вихідною тягою див. Авторське свідоцтво СРСР Мо 11590351.The closest analogue is a two-stage differentiator, which contains a bellows node for receiving input signals and their converter in the form of the first and second bellows, connected to each other by a common movable flange and installed in the guide, and the bellows of the node is connected to the first bellows of the converter through a throttle, and to the second by a bellows through a movable flange and a flexible hose and a common movable flange, the main and additional summing levers, which are connected by one arm to the common movable flange with the help of a rod, while the main summing lever is connected to the movable flange of the second bellows of the converter in the middle part through a rod , and the second arm through the thrust - with the middle part of the additional summing lever, the second arm of which - with the output thrust see Author's certificate of the USSR Mo 11590351.

Однак, відомий диференціатор має низьку динамічну точність, викликану нелінійностями, спричиненими деформацією, тертям і місцевим опором гнучкого шланга при передачах значних тисків робочої рідини і значних переміщеннях зв'язаного з ним спільного рухомого фланця, а також має обмежені функціональні можливості у формуванні оптимальної складової вихідного сигналу, пропорційної прискоренню від змінювання вхідного сигналу, через відсутність регульованого дроселя в кінематичному зв'язку додаткового підсумовуючого важеля з основним.However, the known differentiator has low dynamic accuracy caused by nonlinearities caused by deformation, friction, and local resistance of the flexible hose when transmitting significant pressures of the working fluid and significant movements of the joint movable flange associated with it, and also has limited functionality in forming the optimal component of the output signal proportional to the acceleration from changing the input signal, due to the absence of an adjustable throttle in the kinematic connection of the additional summing lever with the main one.

Таким чином, відомий диференціатор і обладнані ним САР ї САК мають низьку динамічну точність функціонування, що понижує ефективність використання укомплектованих ними енергетичних машин, технологічних агрегатів і обладнання, а також обмежує область його застосування.Thus, the known differentiator and the SAR and SAC equipped with it have a low dynamic accuracy of functioning, which reduces the efficiency of the use of power machines, technological units and equipment equipped with them, and also limits the scope of its application.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити точність функціонування диференціатора, а також розширити область його застосування.The basis of the useful model is the task of increasing the accuracy of the differentiator's functioning, as well as expanding the scope of its application.

У зв'язку з цим пропонується його удосконалення, суттєві ознаки якого полягають в тому, що вихідний сигнал після першого підсумовування, пропорційний змінюванню вхідного сигналу іIn this regard, its improvement is proposed, the essential features of which are that the output signal after the first summation is proportional to the change in the input signal and

Зо швидкості (першій похідній) його змінювання, ще додатково форсовано диференціюється і далі повторно підсумовується, формуючи результативний вихідний сигнал пропорційний змінюванню вхідного сигналу, вхідній швидкості (першій похідній) і вхідному прискоренню (другій похідній) від його змінювання.From the speed (first derivative) of its change, it is additionally forced to be differentiated and then re-summed, forming the resulting output signal proportional to the change in the input signal, the input speed (first derivative) and the input acceleration (second derivative) from its change.

Поставлена задача вирішується тим, що здійснюється послідовне двоступінчасте диференціювання шляхом проходження вхідних сигналів через перший перетворювач і вихідних з нього сигналів через другий перетворювач. Кожний з перетворювачів виконаний у вигляді першого і другого сильфонів, одними торцями з'єднаними із спільним рухомим фланцем, а другими торцями - з нерухомими фланцями з осьовими отворами для проходження штоків, які жорстко зв'язані із спільними рухомими фланцями. У спільних фланцях виконані перепускні, для робочої рідини, отвори, в яких установлені регульовані дроселі. Підсумовування сигналів, що приходять через диференціатор, здійснюється за допомогою основного і додаткового двоплечих важелів. При цьому шток першого перетворювача з'єднаний з одним кінцем основного важеля, середня частина якого через пружину з'єднана із тягою вхідного сигналу, а другий його кінець через тягу і пружину - із середньою частиною додаткового важеля, один кінець якого з'єднаний зі штоком другого перетворювача сигналів, а другий його кінець - з вихідною тягою диференціатора.The task is solved by the fact that sequential two-stage differentiation is carried out by passing the input signals through the first converter and the output signals from it through the second converter. Each of the converters is made in the form of the first and second bellows, with one end connected to a common movable flange, and the other end - to fixed flanges with axial holes for the passage of rods, which are rigidly connected to the common movable flanges. In the common flanges, bypass holes for the working fluid are made, in which adjustable chokes are installed. The summation of the signals coming through the differentiator is carried out using the main and additional two-armed levers. At the same time, the rod of the first converter is connected to one end of the main lever, the middle part of which is connected to the rod of the input signal through a spring, and its other end, through the rod and spring, to the middle part of the additional lever, one end of which is connected to the rod of the second signal converter, and its other end - with the output thrust of the differentiator.

При такому технічному рішенні, завдяки вилученню із кінематичного зв'язку гнучкого шланга, зникнуть зв'язані з ним нелінійності, що підвищить динамічну точність диференціатора, а встановлення другого регульованого дроселя розширить функціональні можливості незалежного формування вихідних із перетворювачів сигналів пропорційних швидкості (першій похідній) і прискоренню (другій похідній) від вхідних сигналів, а також результативних вихідних сигналів із диференціатора. Ступінь введення в закон формування як першої, так і другої похідної може змінюватися залежно від дроселювання робочої рідини в першому і другому перетворювачах, а також від геометричних параметрів кінематичного зв'язку механізму передачі сигналів.With such a technical solution, thanks to the removal of the flexible hose from the kinematic connection, the nonlinearities associated with it will disappear, which will increase the dynamic accuracy of the differentiator, and the installation of the second adjustable throttle will expand the functionality of the independent formation of outputs from the converters of signals proportional to the speed (first derivative) and acceleration (second derivative) from the input signals, as well as the resulting output signals from the differentiator. The degree of introduction into the law of the formation of both the first and the second derivative can vary depending on the throttling of the working fluid in the first and second converters, as well as on the geometric parameters of the kinematic connection of the signal transmission mechanism.

Таким чином, результативний вихідний сигнал диференціатора буде складатися із трьох сигналів, викликаних: - першого - змінюванням вхідного сигналу від переміщення вхідної тяги; - другого - першою похідною його змінювання; бо - третього - другою похідною його змінювання.Thus, the effective output signal of the differentiator will consist of three signals caused by: - the first - a change in the input signal from the movement of the input thrust; - the second - by the first derivative of its change; because - of the third - the second derivative of its change.

При запропонованих удосконаленнях покращаться динамічні властивості диференціатора, підвищиться швидкість переміщення, зв'язаних з вихідною тягою, виконавчих органів регулювання і керування САР і САК режимами роботи машин, агрегатів і технологічного обладнання, що підвищить ефективність їх використання і розширить область застосування двоступінчастого диференціатора.With the proposed improvements, the dynamic properties of the differentiator will improve, the speed of movement associated with the output thrust, the executive bodies of regulation and control of SAR and SAC modes of operation of machines, aggregates and technological equipment will increase, which will increase the efficiency of their use and expand the scope of application of the two-stage differentiator.

На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд двоступінчастого диференціатора неелектричних сигналів.The presented drawing schematically shows the general appearance of a two-stage differentiator of non-electrical signals.

Запропонований диференціатор містить перший перетворювач 1 виконаний у вигляді першого 2 і другого З сильфонів, з'єднаних одними торцями із спільним рухомим фланцем 4 з установленим в ньому регульованим дроселем 5. Другий торець сильфона 2 зв'язаний з нерухомим фланцем 6, а другий торець сильфона 3 - з нерухомим фланцем 7. У фланцях 6,7 виконані осьові напрямні штока 8 зв'язаного із спільним рухомим фланцем 4.The proposed differentiator contains the first converter 1 made in the form of the first 2 and the second Z bellows, connected at one end with a common movable flange 4 with an adjustable throttle 5 installed in it. The second end of the bellows 2 is connected to the fixed flange 6, and the second end of the bellows 3 - with a fixed flange 7. In the flanges 6,7, the axial guides of the rod 8 connected to the common movable flange 4 are made.

Другий перетворювач 9 виконаний у вигляді третього 10 і четвертого 11 сильфонів, з'єднаних одними торцями із спільним рухомим фланцем 12 з установленим в ньому регульованим дроселем 13. Другий торець сильфона 10 зв'язаний з нерухомим фланцем 14, а другий торець сильфона 11 - з нерухомим фланцем 15. У фланцях 14,15 виконані осьові напрямні штока 16, зв'язаного із спільним рухомим фланцем 12.The second converter 9 is made in the form of the third 10 and fourth 11 bellows, connected at one end with a common movable flange 12 with an adjustable throttle 13 installed in it. The second end of the bellows 10 is connected to the fixed flange 14, and the second end of the bellows 11 is with fixed flange 15. Axial guides of the rod 16 connected to the common movable flange 12 are made in the flanges 14, 15.

До одного кінця штока 8 першого перетворювача 1 шарнірно приєднаний одним кінцем основний підсумовуючий важіль 17, середня частина якого через пружину 18 зв'язана із тягою 19 вхідного сигналу, а другим кінцем важіль 17 з'єднаний через пружину 20 і проміжну тягу 21 із середньою точкою додаткового підсумовуючого важеля 22, один кінець якого шарнірно з'єднаний із одним кінцем штока 16, а другий кінець його - з тягою 23 вихідного сигналу.To one end of the rod 8 of the first converter 1, the main summing lever 17 is hinged at one end, the middle part of which is connected through the spring 18 to the rod 19 of the input signal, and the other end of the lever 17 is connected through the spring 20 and the intermediate rod 21 to the middle point additional summing lever 22, one end of which is hingedly connected to one end of the rod 16, and the other end of it - to the rod 23 of the output signal.

Диференціатор, послідовно включений в САР або САК, працює наступним чином.The differentiator, connected in series to the SAR or SAC, works as follows.

При різкому (миттєвому) збільшенні вхідного сигналу через наявність дроселя 5 тиск робочої рідини в сильфоні 2 першого перетворювача 1 буде змінюватися повільніше, ніж в сильфоні 3, в результаті чого спільний рухомий фланець 4 дещо задержиться, задержуючи із собою шток 8 і один кінець основного важеля 17, створюючи додаткове переміщення його другому кінцю. При цьому рухомий шток 8, з'єднаний з нижнім кінцем основного підсумовуючого важеля 17 переміщається ліворуч, і тим самим, додатково переміщає його вихідну проміжну тягу 21. ВWith a sharp (momentary) increase in the input signal due to the presence of the throttle 5, the pressure of the working fluid in the bellows 2 of the first converter 1 will change more slowly than in the bellows 3, as a result of which the common movable flange 4 will be slightly delayed, detaining with it the rod 8 and one end of the main lever 17, creating an additional displacement of its other end. At the same time, the movable rod 8 connected to the lower end of the main summing lever 17 moves to the left, thereby additionally moving its output intermediate thrust 21.

Зо результаті цього буде додаватися два переміщення, тобто вихідний сигнал перетворювача 1 в даній точці, його кінематичного ланцюга, буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням вхідного сигналу, і переміщення, викликаного швидкістю (першою похідною) від змінювання вхідного сигналу. Далі переміщення тяги 21 через затримання нижнього кінця додаткового підсумовуючого важеля 22 додатково перемістить його вихідну тягу 23. Таким чином, буде додаватися три переміщення, тобто вихідний сигнал двоступінчастого диференціатора, від різкої дії вхідного сигналу, буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням вхідного сигналу (переміщення вхідної тяги 19) і збільшення внаслідок цього, переміщення середньої частини підсумовуючого важеля 17, переміщення викликаного підвищенням швидкості вхідного сигналу (затримка переміщення штока 8 і додаткового збільшення внаслідок цього переміщення проміжної тяги 21 і переміщення, викликаного прискоренням змінювання вхідного сигналу (переміщення штока 16 і додаткового збільшення внаслідок цього переміщення вихідної тяги 23).As a result of this, two displacements will be added, that is, the output signal of transducer 1 at a given point, its kinematic chain, will consist of the displacement caused by the change of the input signal, and the displacement caused by the velocity (first derivative) of the change of the input signal. Further, the movement of the rod 21 due to the delay of the lower end of the additional summing lever 22 will additionally move its output rod 23. Thus, three movements will be added, that is, the output signal of the two-stage differentiator, from the sharp action of the input signal, will consist of the movement caused by the change of the input signal (movement input thrust 19) and the increase as a result of this, the movement of the middle part of the summing lever 17, the movement caused by the increase in the speed of the input signal (the delay of the movement of the rod 8 and the additional increase due to this movement of the intermediate thrust 21 and the movement caused by the acceleration of the change of the input signal (the movement of the rod 16 and the additional increase due to this displacement of output thrust 23).

У випадку різкого (миттєвого) звільнення тяги 19 двоступінчастий диференціатор працюватиме аналогічно, лише з тією різницею, що вихідні переміщення будуть направлені в протилежний бік.In the case of a sharp (momentary) release of thrust 19, the two-stage differentiator will work similarly, with the only difference that the output movements will be directed in the opposite direction.

В цих випадках даний диференціатор працює як двічі підсилювально-диференціююча динамічна ланка.In these cases, this differentiator works as a doubly amplifying-differentiating dynamic link.

При повільному збільшенні вхідного сигналу (переміщенні вхідної тяги 19) тиск робочої рідини в другому сильфоні З першого перетворювача 1 буде також збільшуватися повільно. В результаті перепад тисків в сильфонах 2,3 практично буде відсутній, від чого основний 17 і додатковий 22 підсумовуючі важелі будуть переміщатися паралельно з однаковою швидкістю.With a slow increase in the input signal (movement of the input thrust 19), the pressure of the working fluid in the second bellows of the first converter 1 will also increase slowly. As a result, the pressure drop in the bellows 2,3 will be practically absent, due to which the main 17 and additional 22 summing levers will move in parallel at the same speed.

При цьому вихідна тяга 23 буде переміщатися і далі передавати вихідний з диференціатора сигнал на регулюючий (керуючий) орган виконавчого механізму, викликаний тільки збільшенням вхідного сигналу.At the same time, the output thrust 23 will move and further transmit the signal output from the differentiator to the regulating (controlling) body of the executive mechanism, caused only by an increase in the input signal.

У випадку повільного зменшення вхідного сигналу диференціатор буде працювати таким же чином, тільки вихідні переміщення будуть направлені в протилежний бік.In the case of a slow decrease of the input signal, the differentiator will work in the same way, only the output movements will be directed in the opposite direction.

В останніх двох випадках функціонування диференціатора його вихідний сигнал складається із переміщення, викликаного тільки змінюванням вхідного сигналу, тобто він буде працювати як підсилювальна динамічна ланка.In the last two cases of operation of the differentiator, its output signal consists of a movement caused only by a change in the input signal, that is, it will work as an amplifying dynamic link.

Застосування запропонованого диференціатора, порівняно з уже відомим, дасть можливість:The use of the proposed differentiator, compared to the already known one, will make it possible to:

- підвищити точність функціонування диференціатора за рахунок вилучення з конструкції гнучкого шланга, а також розширення функціональних можливостей у формуванні оптимальної складової вихідного сигналу, пропорційної прискоренню від змінювання вхідного сигналу, завдяки установлення додаткового регульованого дроселя;- to increase the accuracy of the differentiator operation due to the removal of the flexible hose from the design, as well as the expansion of functionality in the formation of the optimal component of the output signal, proportional to the acceleration from the change of the input signal, due to the installation of an additional adjustable throttle;

- підвищити швидкість руху вихідної тяги диференціатора і зв'язаного з нею виконавчого органу САР їі САК режимами роботи машин, агрегатів і технологічного обладнання і разом з цим їх ефективність використання за рахунок можливого незалежного формування складових вихідного сигналу, пропорційних швидкості і прискоренню від змінювання вхідного сигналу; - розширити область застосування на машинах, агрегатах і технологічному обладнанні, працюючих в умовах різкоперемінних вхідних сигналів.- to increase the speed of movement of the output thrust of the differentiator and the related executive body of the SAR and SAC by the modes of operation of machines, aggregates and technological equipment and at the same time their efficiency of use due to the possible independent formation of the components of the output signal, proportional to the speed and acceleration from changing the input signal ; - to expand the scope of application on machines, aggregates and technological equipment operating in conditions of sharply variable input signals.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

A two-stage differentiator of non-electrical signals, containing a signal converter with the first and second bellows connected at one end with a common movable flange, the second end of the first bellows with a fixed flange, and the second bellows with a movable flange with a rod, the main and auxiliary summing levers, one the ends through a rod are connected to a common movable flange, the middle part of the main lever through a spring - with a rod, and the other end through a rod - with the middle part of an auxiliary lever, the second arm of which is with an output rod and a throttle, which differs in that it has a second signal converter is additionally installed, and in both converters the second ends of the bellows are fixed with axial holes, through which the rods pass, rigidly connected to common movable flanges, with bypass holes made in them for the working fluid and with adjustable chokes installed, and the rod of the first converter with connected to one end of the main lever, the middle part of it th through a spring - with the pull of the input signal, and the other end through the intermediate pull and spring - with the middle part of the additional lever, one end of which is connected to the rod of the second converter, and the other end - with the output pull of the differentiator.