СЕРВОКЛАПАН
SERVO VALVE

Изобретение относится к сервоклапану, в частности двухкаскадному или многокаскадному электрогидравлическому сервоклапану, согласно ограничительной части п.1 формулы.
В технике гидросистем в настоящее время предъявляются особенно высокие требования к эксплуатационным свойствам установленных в гидросистеме гидравлических компонентов. Установленная гидравлика должна, в частности, с высокой точностью регулировать гидравлический объемный поток или давление в соответствии с заданными управляющими сигналами. Пригодные для этого клапаны, прежде всего клапаны пропорционального регулирования, позволяют осуществлять непрерывный переход между положениями клапана.
Соответственно этому в клапанах пропорционального регулирования электрический входной сигнал для управления клапаном пропорционального регулирования преобразуется в гидравлический выходной сигнал. К категории клапанов пропорционального регулирования относятся известные с давнего времени сервоклапаны, которые обеспечивают высокоточную и, прежде всего, непрерывную установку положения клапана, что, в частности, является основным условием в современной авиатехнике.
Из уровня техники известны так называемые двухкаскадные электрогидравлические сервоклапаны (EHSV), которые имеют первый каскад, так называемый каскад управления, и второй каскад, так называемый каскад усилителя (гидроусилителя). При этом каскад усилителя имеет управляющий золотник, который в зависимости от воздействующих на него давлений не меняет своего положения или смещается. Электрически управляемый каскад управления может иметь якорь, который поворачивается в зависимости от магнитного поля и при этом, например, по принципу струйной трубки изменяет режим давления на управляющий золотник. Посредством этого осуществляется перемещение управляющего золотника, то есть каскад управления служит для управления каскадом усилителя, то есть для управляемого перемещения управляющего золотника, посредством чего зависящий от положения управляющего золотника объемный поток увеличивается или уменьшается на управляемо задаваемую величину, то есть устанавливается по величине. По выбору сервоклапаны могут быть выполнены или работать по принципу струйной трубки, по принципу «сопло-заслонка» или по принципу отклонителя струи или по любому другому принципу функционирования.
Такого типа электрогидравлический сервоклапан схематически изображен на фиг.1. При помощи объемного потока посредством воздействия со стороны каскада управления управляющий золотник каскада усилителя смещается в одну или в другую сторону пропорционально входному электрическому сигналу. Тогда управляющий золотник осуществляет точное управление объемным потоком к соединенному с сервоклапаном потребителю, такому как, например, сервопривод.
В известных до настоящего времени сервоклапанах клапанные блоки каскада усилителя снабжаются соединительными и поперечными отверстиями, а гильза управляющего золотника снабжается проточками для передачи рабочей жидкости к желаемым соединительным выводам.
Благодаря тому, что в клапанных блоках каскада усилителя расположены поперечные и соединительные отверстия, отверстия могут быть затем закрыты снаружи при помощи пресс-пробок или резьбовых пробок, чтобы получить закрытую рабочую полость, причем при герметизации возникает гидравлическая система. Такая конструкция известных до настоящего времени сервоклапанов тем не менее оказалась невыгодной. Такого типа сервоклапан известен из US 2004/0144433 A1.
Следующий недостаток известных до настоящего времени сервоклапанов состоит в том, что в клапанном блоке должны быть выполнены смещенные в боковом направлении соединительные проточки, чтобы обеспечить передачу от соединительных и поперечных отверстий к гильзе управляющего золотника. Эти соединительные проточки фрезеруются посредством дисковой фрезы, так что возникают прорези. Возникающие прорези имеют критические характеристики усталостной прочности и, несмотря на это, с большими затратами должны быть зачищены.
Кроме того, клапанные блоки в известных до настоящего времени сервоклапанах могут быть выполнены некомпактными, поскольку должно иметься достаточное количество материала для выполнения соединительных и поперечных отверстий, а также для пресс-пробок.
Следующий недостаток известных сервоклапанов состоит в том, что в зависимости от давления в системе и предельной массы клапанные блоки выполняются из алюминия, титана или стали, что ввиду большого количества вариантов является очень затратным. Дополнительные затраты возникают также из-за отверстий для пресс-пробок, причем в дополнение к этому большое количество внешних уплотнителей повышает риск. Большее число отдельных частей сервоклапана приводит, с одной стороны, к более низкой надежности, а с другой стороны - к повышению стоимости изготовления.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить электрогидравлический сервоклапан указанного в начале типа, который имеет упрощенную и в то же время надежную в эксплуатации конструкцию и при котором стоимость изготовления, а также затраты могут быть существенно снижены.
Эта задача согласно изобретению решается посредством электрогидравлического сервоклапана с признаками п.1 формулы.
Предлагаемый в изобретении электрогидравлический сервоклапан имеет первый каскад, функционирующий как каскад управления, и второй каскад, функционирующий как каскад усилителя, причем второй каскад имеет гильзу управляющего золотника с боковой поверхностью, причем предпочтительно боковая поверхность и/или другой участок гильзы управляющего золотника снабжается по меньшей мере одним проточным каналом для передачи управляющего потока и/или объемного потока. Кроме того, управляющий золотник подвижно установлен в гильзе управляющего золотника. Под управляющим потоком понимается поток текучей среды, который служит для перемещения управляющего золотника, под объемным потоком понимается поток текучей среды, который служит для перемещения управляемого сервоклапаном элемента. Это означает, что гильза управляющего золотника имеет по меньшей мере один канал, ведущий от и/или к управляющему золотнику, и/или по меньшей мере один канал, ведущий от и/или к потребителю.
Согласно изобретению предусмотрено, что по меньшей мере один из указанных проточных каналов выполнен щелеобразным и проходит в поверхности гильзы управляющего золотника. Этот по меньшей мере, один канавкообразный проточный канал, по меньшей мере частично, то есть участком или на полную длину, не проходит вдоль окружного направления гильзы управляющего золотника. Под «окружным направлением» понимается направление вдоль окружности гильзы управляющего золотника, перпендикулярное его продольной оси. По меньшей мере один из канавкообразных проточных каналов в боковой поверхности гильзы управляющего золотника частично или на полную длину проходит в другом направлении, например, в направлении продольной оси гильзы управляющего золотника, под углом меньшим 90° или большим 90° к этой продольной оси, то есть наклонно, и т.п. Посредством этого настоящее изобретение отличается от гильз управляющего золотника, в которых проточный канал или каналы выполнен (выполнены) кольцеобразным(и) и проходят в окружном направлении гильзы управляющего золотника.
Каскад управления, как описано выше, может иметь электромагнит, который в зависимости от приложенного электрического тока перемещает якорь, который предпочтительно установлен упруго и поворачивается. Посредством этого осуществляется отклонение гидравлической струи, от положения которой зависит режим давления на управляющий золотник. Таким образом, управляющий золотник может перемещаться в зависимости от электрического сигнала и, в зависимости от своего положения, управлять объемным потоком к и/или от потребителя. Тем не менее это лишь один из возможных вариантов осуществления изобретения. Изобретение охватывает также любые другие варианты осуществления каскада управления, например, функционирующего по принципу струйной трубки, по принципу «сопло-заслонка» или по принципу отклонителя струи, а также другие возможные варианты.
Благодаря предложенной в изобретении конструкции гильзы управляющего золотника по меньшей мере с одним проточным каналом и предпочтительно с несколькими проточными каналами, известные из уровня техники проточки управляющего золотника, а также распределительные отверстия в клапанном блоке становятся излишними. От них предпочтительно следует (можно) отказаться. Объемный и управляющий потоки передаются исключительно или также через расположенные на гильзе управляющего золотника каналы, которые предпочтительно выполнены канавкообразными. При этом управляющий золотник пригоден для того, чтобы точно управлять объемным потоком к потребителю, в частности сервоприводу. При этом клапанный блок имеет хорошие характеристики усталостной прочности. В предлагаемом в изобретении решении также может отпасть необходимость осуществлять уплотнение при помощи пресс-пробок.
Клапанный блок предпочтительно не имеет управляющих каналов, которые служат для управления управляющим золотником, или имеет меньшее количество таких каналов по сравнению с известными конструкциями.
Таким образом, клапанный блок предлагаемого в изобретении электрогидравлического сервоклапана может быть выполнен очень компактным. Поэтому предлагаемый в изобретении электрогидравлический сервоклапан имеет большое преимущество в весе по сравнению с сервоклапанами, известными из уровня техники. Таким образом, внутренний клапанный блок или клапанный блок может быть выполнен из стали, а не обязательно из алюминия или титана, что существенно снижает затраты на изготовление такого сервоклапана.
Согласно изобретению, по меньшей мере, один проточный канал, которым снабжена боковая поверхность, выполнен щелеобразным, хотя возможной является также и другая форма. При этом прорезь может быть выполненной U-образной, V-образной или также прямоугольной или также иметь какую-либо другую форму. Прорезь предпочтительно выполнена открытой «вверх», то есть по направлению к боковой поверхности гильзы управляющего золотника.
В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении сервоклапана предполагается, что на боковой поверхности гильзы управляющего золотника сформовано несколько проточных каналов, причем они могут иметь разные размеры и предпочтительно симметрично по отношению друг к другу расположены на боковой поверхности. При этом проточные каналы могут быть сформованы в центре и/или на обоих концах гильзы управляющего золотника и иметь одинаковые или разные размеры.
Согласно изобретению гильза управляющего золотника имеет как проточные каналы, которые служат для управления управляющим золотником, так и проточные каналы, которые служат для управления управляемым посредством сервоклапана элементом, например, сервоприводом.
При этом количество конструктивных элементов предлагаемого в изобретении сервоклапана существенно уменьшено и благодаря этому минимизирована доля дефектных изделий.
Второй каскад электрогидравлического сервоклапана предпочтительно выполнен в виде надежного корпуса, который соединен с корпусом каскада управления. Этот вышеназванный корпус называется клапанным блоком. Клапанный блок имеет гидравлические отверстия. Предусмотренные на гильзе управляющего золотника проточные каналы по меньшей мере частично берут на себя функцию гидравлических отверстий или соединяются с ними.
В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении сервоклапана предполагается, что гильза управляющего золотника расположена в клапанном блоке таким образом, что она частично или полностью окружена клапанным блоком. При этом размещение гильзы управляющего золотника в клапанном блоке осуществляется предпочтительно посредством прессовой посадки. При этом гильза управляющего золотника аксиально запрессована в клапанный блок. Посредством аксиальной запрессовки может быть также осуществлена радиальная запрессовка гильзы управляющего золотника в клапанном блоке. Благодаря этому уплотнительная щель может быть сведена к необходимому в условиях эксплуатации минимуму.
Гильза управляющего золотника в то же время предпочтительно служит уплотнением между отдельными рабочими полостями. При этом клапанный блок и гильза управляющего золотника предпочтительно имеют одинаковые коэффициенты расширения, то есть выполнены из одинаковых материалов. Благодаря предпочтительно предусмотренному отсутствию, по сравнению с известными до настоящего времени электрогидравлическими сервоклапанами, нескольких уплотнительных колец круглого сечения, а также благодаря запрессовке гильзы управляющего золотника в клапанный блок время монтажа значительно сокращается.
Посредством предлагаемой в изобретении конструкции электрогидравлического сервоклапана, при которой гильза управляющего золотника снабжена проточными каналами для передачи управляющего потока (поток текучей среды для управления управляющим золотником) и объемного потока (поток текучей среды для управления потребителем), между гильзой управляющего золотника и клапанным блоком возникает гидравлическая система, герметичность которой осуществляется, например, посредством прессовой посадки. Однако герметичность отдельной гидравлической системы между гильзой управляющего золотника и клапанным блоком может предпочтительно осуществляться посредством специально предусмотренного уплотнения.
Гильза управляющего золотника на обоих своих концах предпочтительно выполнена таким образом, что она имеет канавки или другие углубления, в которые соответственно может быть помещено уплотнение, предпочтительно уплотнительное кольцо круглого сечения, так что не возникает утечки (негерметичности).
Каскад усилителя сервоклапана предпочтительно выполнен в виде блока, с выполненными на нижней стороне блока соединительными выводами, причем проточные каналы гильзы управляющего золотника гидравлически соединены с соответствующими соединительными выводами. Таким образом, через проточные каналы рабочая жидкость передается к или от соединительных выводов P, R, C1, C2 каскада усилителя. Другие проточные каналы служат для передачи управляющих давлений первого каскада, которые перемещают управляющий золотник в одну и в другую сторону.
Окружающий гильзу управляющего золотника клапанный блок может быть выполнен из стали, титана или алюминия. Гильза управляющего золотника также может быть выполнена из стали, титана или алюминия. При этом для таких применений из-за высокой прочности и в то же время из-за высокой коррозионной стойкости особенно предпочтительным является выполнение из титана или стали. С другой стороны, выполненные из стали клапанные блоки имеют больший срок службы по сравнению с теми, которые выполнены из титана. В пользу использования стали и алюминия говорит также существенно более низкая цена.
Из-за высокой точности и коррозионной стойкости, равно как и из-за относительно малых размеров и не в последнюю очередь из-за небольших затрат на изготовление предлагаемый в изобретении электрогидравлический сервоклапан особенно хорошо подходит для использования в авиатехнике.
Кроме того, настоящее изобретение относится к сервоприводу, который посредством вышеуказанных соединительных выводов таким образом соединен с сервоклапаном, что сервопривод управляется посредством сервоклапана.
Сервопривод может иметь корпус или клапанный блок, и в указанный корпус и/или в указанный клапанный блок может быть помещен второй каскад сервоклапана.
Кроме того, настоящее изобретение относится к воздушному судну, по меньшей мере, с одним предлагаемым в изобретении сервоприводом и/или сервоклапаном, который служит для управления одним или несколькими составляющими элементами воздушного судна, в частности самолета.
Ниже настоящее изобретение детально разъясняется на примере его осуществления при помощи чертежей. На них представлено:
фиг.1 - изображение в разрезе электрогидравлического сервоклапана,
фиг.2 - изображение в разрезе предлагаемого в изобретении электрогидравлического сервоклапана в области второго каскада согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
фиг.3A, 3B - схематическое перспективное изображение гильзы управляющего золотника электрогидравлического сервоклапана согласно фиг.2.
На фиг.2 представлено изображение в разрезе предлагаемого в изобретении электрогидравлического сервоклапана 10, который показан лишь в области второго каскада, функционирующего как каскад усилителя. Каскад управления здесь не показан, однако он выполнен подобно тому, который показан на фиг.1. Каскад усилителя имеет корпус, который далее называется клапанным блоком 14.
Кроме того, каскад усилителя имеет гильзу 16 управляющего золотника, в которой с возможностью перемещения в обе стороны в боковом направлении расположен управляющий золотник. При этом управляющий золотник посредством объемного потока под воздействием не показанного здесь каскада управления, который также называется первым каскадом, перемещается пропорционально входному электрическому сигналу каскада управления.
Управляющий золотник перемещается в зависимости от входного электрического сигнала под воздействием каскада управления и обеспечивает, в зависимости от своего положения, точное управление направляемым к потребителю, как, например, к сервоприводу, объемным потоком.
Кроме того, гильза 16 управляющего золотника имеет боковую поверхность 18, в которой - как показано далее на фиг.3A и 3B - сформованы имеющие форму канавки проточные каналы 20, 20’, 20” для передачи управляющего потока или объемного потока. Через эти имеющие форму канавки проточные каналы 20, 20’, 20” рабочая жидкость передается от и/или к соединительным выводам P (насос), R (обратный ход), C1 (камера 1 сервопривода) и C2 (камера 2 сервопривода) каскада усилителя. При этом другие проточные каналы служат для передачи управляющего давления первого каскада, то есть от и/или к управляющему золотнику, так что управляющий золотник может перемещаться, предпочтительно поступательно, например, в горизонтальном направлении или другим способом.
Как видно из фиг.3A и 3B, на обоих концах 28 гильзы 16 управляющего золотника предусмотрены два проточных канала 20’, причем они выполнены канавкообразными и расположены зеркально симметрично по отношению друг к другу.
На фиг.3B показаны другие проточные каналы 20”, которые в этом варианте осуществления изобретения также сформованы на обоих концах 28 гильзы 16 управляющего золотника. Разумеется, другое расположение проточных каналов также является возможным.
Как показано на фиг.3A, следующий проточный канал 20 находится на некотором расстоянии от проточных каналов 20’ и сформован приблизительно в центре гильзы 16 управляющего золотника, причем этот проточный канал выполнен в виде удлиненной канавки, которая проходит вдоль продольной оси гильзы 16 управляющего золотника.
Гильза 16 управляющего золотника выполнена цилиндрической и посредством прессовой посадки вставлена в клапанный блок 14. При этом клапанный блок 14 имеет цилиндрическую полость, так что гильза 16 управляющего золотника помещена внутрь клапанного блока 14. Таким образом, гильза 16 управляющего золотника одновременно служит уплотнением между отдельными рабочими полостями.
Кроме того, гильза 16 управляющего золотника и клапанный блок 14 предпочтительно выполнены из одного и того же материала, так что они имеют одинаковый коэффициент расширения. При этом могут быть приняты во внимание такие материалы, как сталь, алюминий или титан, или также другие металлы, а также их сплавы.
Как показано на фиг.2, гильза 16 управляющего золотника на обоих своих концах 28 имеет соответственно углубление 22, в которое установлено уплотнение, в данном случае уплотнительное кольцо 26 круглого сечения. Принципиально возможной является также конструкция без уплотнений, поскольку герметичность достигается или может быть достигнута посредством прессовой посадки. Тем не менее, несмотря на избыточность конструкции, может быть предусмотрено одно или несколько уплотнений.
Клапанный блок 14 каскада усилителя сервоклапана 10 имеет соединительные выводы C1, R, C2, P, которые сформованы на его нижней стороне, с которой может быть подсоединен потребитель, в частности сервопривод. При этом проточные каналы 20, 20’, 20” гильзы 16 управляющего золотника соединены с соединительными выводами, так что рабочая жидкость может быть направлена в соединительные выводы P, R, C1 и C2 каскада усилителя.
Клапанный блок 14 имеет лишь гидравлические каналы, которые ведут к каналам 20’ гильзы 16 управляющего золотника, а также каналы, ведущие к указанным соединениям, но, тем не менее, не имеет каналов, которые ведут от и/или к управляющему золотнику. В данном варианте осуществления изобретения эти каналы являются элементом гильзы 16 управляющего золотника.