Патент на изобретение №2300016

(54) РЕГУЛИРУЕМАЯ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА С НАКЛОННОЙ ШАЙБОЙ

(57) Реферат:

Устройство предназначено для использования в области регулируемых гидромашин, а именно в аксиально-поршневых машинах с переменным рабочим объемом. Регулируемая аксиально-поршневая машина с наклонной шайбой содержит качающий узел, регулятор рабочего объема, датчик контроля положения наклонной шайбы. Качающий узел содержит установленные в корпусе блок цилиндров, распределитель и наклонную шайбу. Регулятор рабочего объема содержит поршень регулирования, установленный в полости регулятора рабочего объема и кинематически связанный с наклонной шайбой. В корпусе установлены постоянный магнит и датчик Холла, обращенные к поршню регулирования. На поверхности поршня регулирования выполнен участок переменного поперечного сечения с однонаправленным изменением поперечного сечения в направлении перемещения поршня регулирования. Размер участка переменного сечения поршня регулирования в направлении перемещения поршня регулирования составляет не менее хода поршня регулирования. Поршень регулирования выполнен из магнитного материала. Постоянный магнит и датчик Холла размещены относительно участка переменного сечения с возможностью обеспечения нахождения участка переменного сечения напротив постоянного магнита и датчика Холла на всем ходе поршня регулирования. Повышается надежность и снижаются габаритные размеры. 4 з.п. ф-лы., 3 ил.

Изобретение относится к области регулируемых гидромашин, а именно к аксиально-поршневым машинам с переменным рабочим объемом с наклонной шайбой.

Известна регулируемая аксиально-поршневая машина (патент США №4655689, F04B 1/26), содержащая установленную в корпусе на подшипниках регулируемую по углу наклонную шайбу, на которую через гидростатические подпятники опираются поршни, расположенные вдоль вала и установленные подвижно в цилиндрах вращающегося на валу блока цилиндров. Блок цилиндров опирается на установленный неподвижно в корпусе распределитель. Контроль угла наклона шайбы осуществляется по электрическому сигналу с выхода потенциометра, механически связанного с шайбой.

Недостатком известной машины является то, что долговечность потенциометров на порядок меньше, чем долговечность самой машины. Частая замена потенциометров обусловливает неудобство эксплуатации известных машин, их ненадежность.

Известен регулируемый гидравлический насос серии YYP модель CVP, выбранный за прототип. В данной машине для электрического контроля выходной характеристики насоса применен электропорциональный регулятор поступательного действия, якорь которого посредством тяги соединен с подвижным цилиндром регулятора машины (каталог фирмы Eato “VANE Pamps Vickers”, 2004, с.20),

Недостатком технического решения, выбранного за прототип, является его сложность, обусловленная сложностью механических связей, а также применением индуктивного сенсора, вызывающего усложнение электрической схемы, т.к. для индуктивного сенсора требуется переменное высокочастотное напряжение, соответственно в электрической схеме требуется установка высокочастотного генератора.

Кроме того, прототип имеет значительные габаритные размеры, обусловленные необходимостью размещения сложной конструкции сенсора в корпусе машины.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, упрощение конструкции регулируемой аксиально-поршневой машины с наклонной шайбой, повышение ее надежности и снижение габаритных размеров.

Поставленная задача решается тем, что в регулируемой аксиально-поршневой машине с наклонной шайбой, содержащей качающий узел, регулятор рабочего объема, датчик контроля положения наклонной шайбы, при этом качающий узел содержит установленные в корпусе блок цилиндров, распределитель и наклонную шайбу, регулятор рабочего объема содержит поршень регулирования, установленный в полости регулятора рабочего объема и кинематически связанный с наклонной шайбой, согласно изобретению в корпусе установлены постоянный магнит и датчик Холла, обращенные к поршню регулирования, на поверхности поршня регулирования выполнен участок переменного поперечного сечения с однонаправленным изменением поперечного сечения в направлении перемещения поршня регулирования; размер участка переменного сечения поршня регулирования в направлении перемещения поршня регулирования составляет не менее хода поршня регулирования; поршень регулирования выполнен из магнитного материала; постоянный магнит и датчик Холла размещены относительно участка переменного сечения с возможностью обеспечения нахождения участка переменного сечения напротив постоянного магнита и датчика Холла на всем ходе поршня регулирования.

В регулируемой аксиально-поршневой машине с наклонной шайбой участок переменного поперечного сечения поршня регулирования может быть выполнен с наклонной огибающей с изменением угла наклона в направлении перемещения поршня регулирования.

В регулируемой аксиально-поршневой машине с наклонной шайбой участок переменного поперечного сечения поршня регулирования может быть выполнен в виде выемки на поверхности поршня регулирования.

В регулируемой аксиально-поршневой машине с наклонной шайбой постоянный магнит и датчик Холла могут быть размещены в корпусе изолированно от полости, в которой размещен поршень регулирования.

Регулируемая аксиально-поршневая машина с наклонной шайбой может содержать гидравлический распределитель, предназначенный для управления положением поршня регулирования, при этом гидравлический распределитель может быть установлен на наружной поверхности корпуса машины напротив постоянного магнита и датчика Холла, гидравлический распределитель выполнен из магнитного материала.

Заявляемая регулируемая аксиально-поршневая машина с наклонной шайбой функционально содержит два узла: регулируемый качающий узел и регулятор рабочего объема.

Качающий узел содержит установленные в корпусе машины неподвижный распределитель, вращающийся на валу блок цилиндров, опирающийся на распределитель. В блоке цилиндров подвижно размещены поршни, установленные вдоль вала. Поршни блока цилиндров опираются через гидростатические подпятники на установленную в корпусе машины на подшипниках наклонную шайбу. Шайба установлена с возможностью изменения угла наклона. При изменении угла наклона наклонной шайбы изменяется рабочий объем машины и таким образом осуществляется необходимое регулирование рабочего объема машины в зависимости от режимов ее работы.

Изменение угла наклона наклонной шайбы осуществляется посредством регулятора рабочего объема, содержащего установленный в полости регулятора равносторонний поршень регулирования, кинематически связанный с наклонной шайбой. Корпус регулятора рабочего объема может быть выполнен как заодно с корпусом машины, так и в качестве самостоятельного конструктивного элемента, жестко соединенного с корпусом машины, принципиального значения это не имеет.

Измеряя положение поршня регулирования возможно осуществлять контроль за углом наклона наклонной шайбы и, таким образом, контролировать процесс регулирования рабочего объема машины.

Для обеспечения простого и надежного измерения положения поршня регулирования в заявляемой машине предусмотрено следующее. На наружной поверхности поршня регулирования выполнен участок переменного поперечного сечения поршня регулирования с однонаправленным изменением поперечного сечения поршня регулирования в направлении его перемещения.

Участок переменного поперечного сечения поршня регулирования может быть выполнен с наклонной огибающей с изменением угла наклона в направлении перемещения поршня регулирования.

Участок переменного поперечного сечения поршня регулирования может представлять собой, например, выемку на его поверхности.

В корпусе регулятора рабочего объема машины размещены постоянный магнит и датчик Холла, обращенные к поршню регулирования. Постоянный магнит и датчик Холла установлены относительно участка переменного сечения поршня регулирования таким образом, чтобы в процессе всего хода поршня регулирования участок переменного сечения поршня регулирования находился напротив постоянного магнита и датчика Холла, для этого длина участка переменного сечения поршня регулирования (в направлении перемещения поршня регулирования) выбирается не меньше возможного хода поршня регулирования.

Датчик Холла и постоянный магнит могут быть установлены внутри толщины стенки корпуса регулятора, т.е. изолированно от полости, в которой размещен поршень регулирования. В этом случае исключается проблема герметизации электрических выводов датчика Холла.

При перемещении поршня регулирования будет изменяться положение участка переменного сечения поршня регулирования относительно постоянного магнита и датчика Холла, а именно: будет изменяться расстояние от постоянного магнита и датчика Холла до указанного участка.

Постоянный магнит создает вокруг себя магнитное поле, которое замыкается через поршень регулирования (т.к. поршень регулирования выполнен из магнитного материала) и датчик Холла, вызывая на выходе датчика Холла электрический сигнал. При изменении магнитного поля, замыкающегося через постоянный магнит, поршень регулирования и датчик Холла, будет соответственно изменяться выходной сигнал датчика Холла.

Поскольку расстояние от постоянного магнита до поршня регулирования в процессе его перемещения будет изменяться, (т.к. напротив постоянного магнита расположен участок переменного сечения поршня регулирования, изменяющий поперечное сечение вдоль хода поршня регулирования), соответственно будет изменяться направление и плотность силовых линий магнитного поля, замыкающихся через поршень регулирования и далее – через датчик Холла. При этом соответственно будет изменяться выходной сигнал датчика Холла.

Вышеуказанное выполнение заявляемой машины позволяет обеспечить простое и надежное измерение положения поршня регулирования, а следовательно – измерение рабочего объема машины.

Однонаправленное изменение поперечного сечения поршня регулирования обеспечивает возможность контроля за положением поршня (рабочего объема машины). Поскольку изменение поперечного сечения осуществляется в одном направлении, следовательно, на данном участке всегда можно точно установить (по выходному сигналу датчика Холла) положение поршня регулирования, а следовательно, и рабочего объема машины. Если изменение поперечного сечения будет не однонаправленным, следовательно, разным положениям поршня регулирования может соответствовать один и тот же выходной сигнал датчика Холла.

Задавая внешними органами управления необходимое (в соответствии с выходным сигналом датчика Холла) положение поршня регулирования, осуществляется регулирование рабочего объема заявляемой машины.

В аксиально-поршневых машинах для управления положением поршня регулирования применяется, как правило, гидравлический распределитель. Целесообразно разместить гидравлический распределитель на наружной поверхности корпуса машины напротив постоянного магнита и датчика Холла и выполнить гидравлический распределитель из магнитного материала. Такое размещение гидравлического распределителя позволит исключить внешнее влияние на магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Т.е. гидравлический распределитель выполняет роль экрана, защищающего магнитное поле постоянного магнита, т.к. выполняя гидравлический распределитель из магнитного материала, будет обеспечено замыкание внешних магнитных полей по гидравлическому распределителю. Т.е. при таком конструктивном выполнении заявляемой машины исключается необходимость использования дополнительных средств экранирования, например экранирующей крышки.

Заявляемое изобретение позволяет создать простую и надежную конструкцию регулируемой аксиально-поршневой машины с наклонной шайбой. В заявляемой конструкции отсутствуют элементы, подвергающиеся механическим нагрузкам в процессе работы машины; электрическая схема, используемая для регулирования машины и обусловленная использованием постоянного магнита и датчика Холла, проста и надежна.

Датчик Холла и постоянный магнит имеют очень небольшие габаритные размеры, что позволяет встраивать их в корпус в пределах имеющегося объема и толщины стенок корпуса, т.е. без изменения габаритных размеров машины.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена заявляемая регулируемая аксиально-поршневая машина с наклонной шайбой в разрезе.

На фиг.2 представлен регулятор рабочего объема заявляемой машины в разрезе.

На фиг.3 представлена электрогидравлическая схема заявляемой машины.

Заявляемая регулируемая аксиально-поршневая машина с наклонной шайбой содержит качающий узел с неподвижным распределителем 1, установленным на корпус 2 блока клапанов. В корпусе 2 выполнены отверстия подвода/отвода рабочей среды, в которых установлены обратные и предохранительные клапаны, обеспечивающие требуемое направление и величину потока рабочей среды в машине. На распределитель 1 опирается вращающийся на валу 3 блок 4 цилиндров, в котором подвижно установлены, расположенные вдоль вала 3 поршни 5, опирающиеся через гидростатические подпятники 6 на установленную в корпусе 7 на подшипниках 8 регулируемую по углу наклонную шайбу 9, кинематически связанную тягой 10 с равносторонним поршнем 11 регулирования, выполненным из магнитного материала. Вал 3 вращается на подшипниках 12 и 13, базирующихся в корпусах 2 и 7.

В корпусе 7 установлен вкладыш 19 из немагнитного материала, в котором установлены обращенные к поршню 11 напротив друг друга датчик Холла 14 и постоянный магнит 15. Контроль положения поршня 11 и, соответственно, наклонной шайбы 9, осуществляется пропорциональным датчиком Холла 14. Магнитное поле постоянного магнита 15, расположенного на некотором расстоянии от датчика Холла 14, замыкается через наружную поверхность поршня 11 и датчик Холла, поскольку корпус между поршнем регулирования и постоянным магнитом с датчиком Холла выполнен из немагнитного материала. На наружной поверхности поршня 11 выполнен участок 18 переменного поперечного сечения, имеющий наклонную огибающую с изменением угла наклона вдоль хода поршня регулирования. Указанный участок выполнен в виде выемки на поверхности поршня 11. Между корпусом и торцевыми поверхностями поршня 11 образованы полости 16 и 17. Постоянный магнит 15 и датчик Холла 14 установлены, например, под распределителем 20. Корпус 19 закреплен неподвижно на гидравлическом распределителе 20, который управляется реверсивным электромагнитом 21 от электрического сравнивающего устройства 22. Сравнивающее устройство 22 производит сравнение электрических величин управляющего устройства 23 и датчика Холла 14 и подает усиленный электрический сигнал на электромагнит 21. Гидравлический распределитель 20 в зависимости от электрического сигнала, подаваемого на электромагнит 21 от устройства 22, производит регулирование давления в полостях 16 и 17. Поршень в зависимости от давления в полостях 16 и 17 производит регулирование угла наклона наклонной шайбы 9.

Т.к. положение наклонной шайбы отслеживается бесконтактным датчиком Холла по положению поршня регулирования, отсутствуют механические связи между наклонной шайбой и устройством, измеряющим ее положение, упрощается конструкция регулируемой аксиально-поршневой машины с наклонной шайбой, следовательно, повышается надежность ее работы. Заявляемое техническое решение позволяет исключить трение и износ деталей, участвующих в процессе преобразования положения наклонной шайбы в электрический выходной сигнал измерительного устройства. Небольшие габариты постоянного магнита и датчика Холла позволяют встраивать их в пределах имеющегося объема и толщины стенок корпуса.

Заявляемая машина работает следующим образом.

При вращении вала 3 с блоком 4 цилиндров с поршнями 5 при наклоне шайбы 9 за половину оборота в качающий узел всасывают рабочую жидкость, а за вторую половину оборота – нагнетают рабочую жидкость через неподвижный распределитель 1 в каналы А или В. питание входа А или В машины осуществляется через обратные клапаны 24, 25 подпитывающим насосом 26. Выход этого же насоса 26 соединяется с гидравлическим распределителем 20, регулирующим давление в полостях 16 и 17. В зависимости от соотношения давлений в полостях 16 и 17 поршень 11, кинематически связанный тягой 10 с шайбой 9, устанавливает угол ее наклона. С увеличением угла наклона шайбы 9 соответственно увеличивается рабочий объем машины и ее подача.

При перемещении поршня 11 изменяется положение участка 18 относительно постоянного магнита 15, следовательно, изменяется расстояние от магнита 15 до поверхности поршня 11, соответственно при перемещении поршня 11 изменяется выходной сигнал датчика Холла 14.

Формула изобретения

1. Регулируемая аксиально-поршневая машина с наклонной шайбой, содержащая качающий узел, регулятор рабочего объема, датчик контроля положения наклонной шайбы, при этом качающий узел содержит установленные в корпусе блок цилиндров, распределитель и наклонную шайбу, регулятор рабочего объема содержит поршень регулирования, установленный в полости регулятора рабочего объема и кинематически связанный с наклонной шайбой, отличающаяся тем, что в корпусе установлены постоянный магнит и датчик Холла, обращенные к поршню регулирования, на поверхности поршня регулирования выполнен участок переменного поперечного сечения с однонаправленным изменением поперечного сечения в направлении перемещения поршня регулирования; размер участка переменного сечения поршня регулирования в направлении перемещения поршня регулирования составляет не менее хода поршня регулирования; поршень регулирования выполнен из магнитного материала; постоянный магнит с датчиком Холла размещены относительно участка переменного сечения с возможностью обеспечения нахождения участка переменного сечения напротив постоянного магнита и датчика Холла на всем ходе поршня регулирования.

2. Регулируемая аксиально-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что участок переменного поперечного сечения поршня регулирования выполнен с наклонной огибающей с изменением угла наклона в направлении перемещения поршня регулирования.

3. Регулируемая аксиально-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что участок переменного поперечного сечения поршня регулирования выполнен в виде выемки на поверхности поршня регулирования.

4. Регулируемая аксиально-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что постоянный магнит и датчик Холла размещены в корпусе изолированно от полости, в которой размещен поршень регулирования.

5. Регулируемая аксиально-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что машина содержит гидравлический распределитель, предназначенный для управления положением поршня регулирования, при этом гидравлический распределитель установлен на наружной поверхности корпуса машины напротив постоянного магнита и датчика Холла, при этом гидравлический распределитель выполнен из магнитного материала.

РИСУНКИ