АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА И КЛАПАН РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕЕ

Полезная модель относится к области регулируемых гидромашин, а именно: к аксиально-поршневым машинам с переменным рабочим объемом.
Известен механизм регулирования для установки рабочего объема аксиально-поршневой машины (патент DE №19653165) - прототип, содержащий регулируемую поршневую машину с регулируемым звеном, соединенным пальцем с силовым установочным дифференциальным (ступенчатым) поршнем. Полость меньшего цилиндра поршня через обратный клапан соединена с каналом высокого давления этой же машины и с золотником. Золотник обеспечивает соединение полости большого диаметра поршня с каналом высокого давления машины или с внутренней полостью машины, соединенной с баком. При этом золотник опирается на пружину следящего действия, другой конец которой опирается на торец поршня, находящийся с противоположной стороны от рабочих поверхностей цилиндров, которые расположены по одну сторону от пальца, а опорный торец поршня расположен по другую сторону от пальца. Золотник расположен на продольной оси поршня и одним концом входит в третью камеру поршня, постоянно соединенную с внутренней полостью машины, в которой коаксиально установлены пружины слежения, выведения с нуля и предварительного поджатия, воздействующие на золотник и поршень, на золотник с противоположной стороны от пружин могут воздействовать электромагнит или внешнее управляющее воздействие.
Недостатком известного механизма регулирования являются сложность и нетехнологичность конструкции, обусловленные необходимостью соблюдения жесткой соосности трех поверхностей корпуса и поршня - двух уплотняемых и двух опорных, а также сложностью механизма настройки и взаимодействия коаксиальных пружин.
Длинные каналы управления, один из которых зигзагообразный с заглушками выполнен по всей длине корпуса, снижают качество регулирования и удлиняют время цикла регулирования (большое время отклика на регулирующее воздействие).
Механизм слежения в виде постоянно противодействующих пружины и электромагнита вынуждает к потреблению электрической энергии электромагнитом во всех положениях, кроме одного крайнего.
Известен пропорциональный клапан с электрической втягивающей катушкой (патент ЕР №1233220), содержащий электромагнит прямого действия с якорем, двухкромочный золотник. Якорь электромагнита воздействует на золотник посредством толкателя, в результате чего золотник перемещается в крайнее рабочее положение в корпусе, в котором выполнены каналы, соединяющие управляемую полость с линией рабочего давления. С противоположной от толкателя стороны золотник подпружинен относительно корпуса клапана. Пружина уравновешивает действие якоря электромагнита на золотник и способствует возврату золотника в исходное положение после осуществления воздействия на золотник.
Недостатком известного клапана, выбранного за прототип, является то, что, поскольку использован однонаправленный электромагнит, золотник имеет только два крайних положения (исходное крайнее и крайнее рабочее), соответственно - при отключенном и включенном электромагните, и соответственно - при разжатой и сжатой пружине. Исходное положение золотника - положение, когда канал управления (канал, которым управляет золотник) перекрыт золотником от доступа рабочей среды из линии рабочего давления; крайнее рабочее положение - когда канал управления полностью открыт для доступа рабочей среды в полость управления. Обеспечение только двух крайних положений золотника в известном клапане ограничивает его функциональные возможности, а именно: его возможно использовать для управления только с целью увеличения давления в полости управления или только с целью снижения.
Кроме того, у известного клапана возврат золотника из крайнего рабочего в исходное положение или в положение, близкое к исходному, осуществляется только под действием пружины, т.е. на золотник действует только сила пружины, что обусловливает недостаточную чувствительность клапана, т.к., чем меньше сила, действующая на золотник, тем меньше его чувствительность.
Также, поскольку в известном клапане использован однонаправленный электромагнит, в случае, когда необходимо обеспечивать постоянство давления в полости управления (по окончании цикла регулирования), компенсирующего утечки из полости управления, по обмотке электромагнита должен протекать ток, обеспечивающей необходимое положение золотника. Положение золотника, обеспечивающего компенсацию утечек из полости управления (среднее положение) будет близким к исходному положению золотника, отличающимся от него на 3-5%. Возврат золотника в исходное положение обеспечивается пружиной; выставление золотника в среднюю позицию, компенсирующую утечки из полости управления,
осуществляется электромагнитом, который в этом случае должен противодействовать пружине, действующей в известном клапане всегда оппозитно якорю электромагнита. При этом, по обмотке электромагнита для удержания золотника в средней позиции постоянно должен протекать ток, необходимый и достаточный для преодоления сопротивления пружины. Величина тока при среднем положении золотника будет сопоставима (50±5% от величины номинального тока, т.е. тока, обеспечивающего выставление золотника в крайнее рабочее положение) с номинальным током. Т.е. при работе клапана даже по окончании цикла регулирования всегда будет протекать значительный ток, сопоставимый с номинальным, что обусловливает значительные затраты электроэнергии при работе клапана.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - повышение качества регулирования и надежности работы за счет упрощения конструкции регулируемой аксиально-поршневой машины, повышение чувствительности регулирования.
Предлагаемая полезная модель также обеспечивает расширение функциональных возможностей клапана регулирования за счет того, что обеспечено большее число позиций, которые может занимать золотник клапана; обеспечивается снижение энергозатрат при работе машины за счет того, что номинальный ток в клапане регулирования протекает только в процессе цикла регулирования, а по окончании цикла регулирования обеспечено протекание минимального тока (равного по абсолютному значению 5% от номинального тока, обеспечивающего крайние положения золотника) по обмотке электромагнита.
Поставленная задача решается за счет того, что в регулируемой аксиально-поршневой машине, содержащей качающий узел и механизм регулирования, механизм регулирования содержит установленный в корпусе механизма регулирования дифференциальный поршень управления, кинематически связанный с распределителем качающего узла, клапан регулирования, содержащий золотник с органом управления золотником, корпус механизма регулирования содержит крышку, дифференциальный поршень выполнен состоящим из двух участков - большего и меньшего диаметра, при этом между торцевой поверхностью меньшего диаметра поршня управления и корпусом образована штоковая полость, а между торцевой поверхностью большего диаметра поршня управления и корпусом образована поршневая полость, линия рабочего давления машины соединена со штоковой полостью, согласно полезной модели золотник размещен в крышке корпуса механизма регулирования, установленной со стороны поршневой полости, в крышке выполнен канал, выходящий в поршневую полость, поршневая полость соединена через каналы, выполненные в
крышке и в золотнике, с линией рабочего давления и со сливом, при этом рабочая линия и слив соединены с поршневой полостью через соответствующие каналы в золотнике, выполненные с противоположных торцевых поверхностей золотника, разобщенных между собой, при нерабочем положении машины в поршневой полости за счет соединения поршневой полости с линией высокого давления обеспечено давление рабочей среды, меньшее давления перемещения поршня управления, орган управления золотником установлен с возможностью воздействия на золотник для обеспечения его перемещения относительно крышки корпуса механизма регулирования, при этом в процессе работы машины по окончании цикла регулирования обеспечено сообщение поршневой полости с линией высокого давления, компенсирующее величину утечек рабочей среды из поршневой полости.
Поставленная задача решается также тем, что в клапане регулирования, содержащем корпус, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов золотник с кольцевыми выступами и орган управления золотником, выполненный в виде электромагнитного привода, электромагнитный привод содержит реверсивный электромагнит, якорь которого подпружинен и соединен с золотником посредством штока, при этом золотник имеет как минимум две кромки.
В клапане шток может быть выполнен в виде торсиона.
В клапане торсион может быть установлен с возможностью регулировки своего положения вдоль оси золотника.
Регулируемая аксиально-поршневая машина конструктивно состоит из двух основных узлов - качающего узла и механизма регулирования.
Качающий узел содержит установленные в корпусе машины вал с подшипниками, вращающийся на центральной цапфе наклонный блок, опирающийся на распределитель, кинематически связанный с дифференциальным поршнем управления.
Механизм регулирования содержит установленный в корпусе механизма регулирования дифференциальный поршень управления (далее - поршень управления), кинематически связанный с распределителем посредством пальца. По разные стороны пальца поршень управления имеет разные диаметры - больший и меньший. Между торцевой поверхностью меньшего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования (или его конструктивными элементами) образована штоковая полость; между торцевой поверхностью большего диаметра поршня управления и корпусом механизма регулирования (или его конструктивными элементами, например, крышкой, закрывающей внутреннюю полость механизма регулирования) образована поршневая
полость. Штоковая полость соединена с линией рабочего давления. Поршневая полость соединена с линией рабочего давления через каналы в крышке корпуса механизма регулирования и каналы золотника.
Клапан регулирования содержит золотник и обеспечивает равновесие сил, воздействующих с одной стороны на малый диаметр поршня управления, а с другой стороны - на его больший диаметр.
Регулирование аксиально-поршневой машиной осуществляется при подаче от линии рабочего давления соответствующего давления в поршневую полость механизма регулирования. Подача давления в поршневую полость вызывает перемещение поршня управления. При перемещении поршня управления, изменяется положение распределителя, кинематически связанного с поршнем управления. Изменение положения распределителя вызывает изменение положения наклонного блока, опирающегося на распределитель, что приводит к изменению рабочего объема машины.
В заявляемой регулируемой аксиально-поршневой машине клапан регулирования установлен в крышке, закрывающей корпус механизма регулирования. Крышка, в отличие от прототипа, закрывает корпус механизма регулирования со стороны большего диаметра (поршневой полости) поршня управления. Золотник клапана регулирования обеспечивает сообщение/разобщение линии рабочего давления машины с поршневой полостью.
Сообщение линии рабочего давления и поршневой полости осуществляется через каналы, выполненные в золотнике и соединенные с каналом в крышке, выходящем непосредственно в поршневую полость. Совокупная длина каналов, через которые осуществляется соединение линии рабочего давления машины с поршневой полостью определяется длиной каналов, выполненных в золотнике и длиной каналов, выполненных в крышке.
Расположение золотника со стороны большего диаметра поршня управления (со стороны поршневой полости) позволяет значительно сократить длину каналов, через которые осуществляется сообщение линии рабочего давления машины с поршневой полостью (по сравнению с прототипом), т.к. каналы, выполненные в крышке выходят непосредственно в поршневую полость. Длина каналов в крышке определяется только габаритами самой крышки.
Снижение совокупной длины каналов, через которые осуществляется сообщение линии рабочего давления с поршневой полостью, позволяет снизить время отклика процесса регулирования на управляющее воздействие и снизить время цикла регулирования.
В заявляемой регулируемой аксиально-поршневой машине золотник установлен таким образом, что при его исходном положении до управляющего воздействия (до начала процесса регулирования) в поршневой полости обеспечено исходное давление, меньшее давления, вызывающего перемещение поршня управления. Т.е. при исходном положении золотника имеется сообщение линии рабочего давления и поршневой полости, обеспечивающее необходимое исходное давление в поршневой полости. После того, как на золотник было осуществлено управляющее воздействие, давление в поршневой полости начинает увеличиваться до значения, необходимого для перемещения поршня управления. При этом в заявляемой машине, в отличие от прототипа, давление в поршневой полости начинает расти не с нуля, поскольку в поршневой полости до начала процесса регулирования было обеспечено давление, меньшее, чем давление, необходимое для перемещения поршня управления. Т.к. давление в поршневой полости после управляющего воздействия начинает расти не с нуля, сокращается время, необходимое для того, чтобы поднять давление в поршневой полости до значения, необходимого для перемещения поршня управления, следовательно сокращается время отклика машины на регулирующее воздействие, и, следовательно, сокращается время цикла регулирования.
Процесс регулирования начинается в результате управляющего воздействия на золотник от органа управления. Управляющее воздействие вызывает перемещение золотника на позицию, задаваемую величиной управляющего воздействия. Величина управляющего воздействия, в свою очередь, выбирается в зависимости от необходимой величины давления в поршневой полости.
После того, как поршень управления займет необходимую позицию, действие управляющего воздействия снижается до уровня, необходимого для поддержания поршня управления в достигнутой позиции. Для поддержания давления в поршневой полости на необходимом уровне уже не требуется обеспечивать поток рабочей среды в том объеме и с той скоростью, которая была при наборе давления. Поддержание давления обеспечивается гораздо меньшим потоком рабочей жидкости. В машине всегда имеют место утечки рабочей жидкости по сопрягаемым поверхностям, образующим микроканалы для рабочей среды, поэтому постоянная подача рабочей среды необходима на компенсацию имеющихся утечек. Расход рабочей среды на компенсацию утечек несоизмеримо мал по сравнению с потоком рабочей среды, подаваемым в поршневую полость для того, чтобы выставить поршень управления в требуемую позицию. При этом золотник занимает позицию, близкую к исходной, обеспечивая поступление рабочего давления в поршневую полость на требуемом
уровне (уровне поддержания достигнутого в поршневой полости давления при требуемом положении поршня управления).
Для изменения положения поршня управления требуется соответствующее управляющее воздействие на золотник.
С целью обеспечения возможности уменьшения давления в поршневой полости в заявляемой машине обеспечено соединение золотника (каналов золотника) не только с линией рабочего давления, но также и со сливом. При подаче управляющего воздействия на уменьшение давления в поршневой полости, золотник перемещается в положение, при котором осуществляется слив избыточной рабочей среды из поршневой полости.
Выполнение торцевых поверхностей золотника разобщенными между собой создает дополнительные возможности по управлению. Т.к. помимо основного управляющего воздействия, к торцевым поверхностям золотника можно прикладывать управляющее воздействие иного типа, позволяющего осуществлять дополнительное управление в зависимости от функционального предназначения машины.
Поскольку в заявляемой машине клапан регулирования с золотником установлен в крышке корпуса механизма управления и каналы, сообщающие поршневую полость с линией рабочего давления, выполнены только в золотнике и в крышке, имеет место упрощение конструкции машины по сравнению с прототипом, т.к. не требуется выполнять длинные каналы управления. Кроме того, в заявляемой машине отсутствует сложная система коаксиально установленных пружин, требующая сложной настройки их взаимодействия. Вышеперечисленные факторы обусловливают повышение качества регулирования и надежности работы заявляемой аксиально-поршневой машины.
В заявляемой машине использован клапан регулирования, в котором орган управления золотником выполнен в виде электромагнитного привода, содержащего реверсивный электромагнит.
Золотник - чувствительный элемент клапана регулирования, осуществляющий перемещение между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов. Присоединительными каналами являются: канал управления - соединяющий полость управления (полость, давлением в которой управляют посредством клапана регулирования) и каналы, выполненные в золотнике, сообщающие при соответствующем положении золотника канал управления с линией рабочего давления или со сливом машины, в которой установлен данный клапан.
Использование реверсивного электромагнита позволило обеспечить перемещение золотника не в две, а в три крайних позиции. Обеспечение перемещения золотника клапана в большее число крайних положений позволяет расширить функциональные возможности клапана и аксиально-поршневой машины, в которой он используется. Как уже было сказано, золотник имеет возможность занимать три крайних положения - нейтральное (исходное) при нулевом токе в обмотке электромагнита и два крайних - противоположных от нейтрального положения, которые золотник может менять при смене потенциала на обмотке электромагните. При одной полярности на обмотке электромагнита золотник под воздействием штока будет занимать первую крайнюю позицию, при этом осуществляется, например соединение полости управления - поршневой полости машины с линией рабочего давления. При смене полярности на обмотке электромагнита золотник под воздействием штока будет занимать вторую крайнюю позицию, соединяя при этом, например полость управления - поршневую полость со сливом.
Для того, чтобы обеспечить перемещение золотника под воздействием штока в оба осевых направления, шток должен иметь возможность с одной стороны непосредственно осуществлять толкающее действие, а с другой стороны - при движении в противоположном направлении шток должен иметь возможность тянуть золотник за собой, для этого шток в заявляемом клапане соединен и с якорем и с золотником в отличие от прототипа, в котором толкатель с золотником не соединен, а только осуществляет на него толкающее воздействие.
В заявляемом клапане регулирования золотник занимает два противоположных относительно нейтрального крайних положения под воздействием электромагнита. Оба крайних положения золотник занимает в процессе цикла регулирования давления в полости управления. В процессе цикла регулирования должно быть обеспечено максимальное открытие каналов, сообщающих полость управления через присоединительные каналы с одной стороны со сливом (когда необходимо снизить давление в полости управления), а с другой стороны - с линией рабочего давления (когда необходимо поднять давление в полости управления).
По окончании цикла регулирования, когда давление в полости управления достигло требуемого значения, необходимо разобщить полость управления и присоединительные каналы. Золотник должен занять исходное нейтральное положение (когда присоединительные каналы разобщены). Ток на обмотке электромагнита должен быть максимально снижен, а золотник стремится вернуться в исходное нейтральное положение под воздействием пружины, подпружинивающей якорь электромагнита.
Пружина, подпружинивающая якорь электромагнита, предназначена для обеспечения возврата золотника в исходное нейтральное положение.
Однако, совсем исключить доступ потока рабочей среды в полость управления не всегда является целесообразным, т.к. всегда имеют место утечки рабочей среды из этой полости, обусловленные наличием сопрягаемых поверхностей, образующих полость управления. В этом случае клапан регулирования должен обеспечивать возможность установки золотника в положение, близкое к исходному нейтральному положению, но с обеспечением соединения полости управления с линией рабочего давления, обеспечивающим минимальный поток рабочей среды в полость управления, компенсирующем величину утечек из нее. С этой целью использование реверсивного электромагнита является целесообразным. Поскольку электромагнит реверсивный, он имеет возможность перемещать якорь в оба продольных направлениях. Под воздействием пружины и якоря электромагнита, осуществляющих совместное возвращающее воздействие на золотник, он стремится занять исходное нейтральное положение (как из одного, так и из другого крайнего положений). Для обеспечения минимального потока рабочей среды в полость управления от линии рабочего давления через присоединительные каналы, по обмотке электромагнита обеспечивается протекание тока минимального значения, необходимого и достаточного для того, чтобы сдвинуть золотник относительно исходного нейтрального положения на позицию, обеспечивающую минимальный поток рабочей среды в полость управления, компенсирующий утечки из нее.
Таким образом, по окончании цикла регулирования, когда клапан регулирования обеспечивает поступление потока рабой среды в полость управления, компенсирующего утечки из нее, по обмотке электромагнита протекает ток, минимально необходимый и достаточный для поддержания золотника на требуемом уровне, составляющий по своему абсолютному значению 5% от номинального тока (тока, при котором обеспечивается одно из крайних положений золотника), что гораздо меньше, чем у прототипа.
Снижение величины тока, необходимого и достаточного для поддержания золотника в позиции, при которой обеспечивается подача рабочей среды в полость управления, компенсирующая утечки из полости управления, обеспечивается за счет того, что возврат золотника в данную позицию обеспечивается в основном пружиной, которая при возврате золотника стремится занять свое нормальное ненапряженное состояние. Для того, чтобы сдвинуть золотник на необходимое расстояние (на расстояние, составляющее по 3-5% по отношению к исходному нейтральному
положению) электромагнит, т.к. он реверсивный имеет возможность осуществлять воздействие на золотник (опосредованно от якоря через шток) такого направления, при котором воздействие на пружину будет направлено не оппозитно пружине (т.е. не увеличивая ее напряженное состояние), а по направлению, совпадающему с направлением ее движения из напряженного состояния в ненапряженное., т.е. в направлении минимального сопротивления пружины. Для осуществления такого воздействия достаточно тока, величина которого будет на порядок меньше, чем величина тока, необходимая для осуществления оппозитного воздействия на пружину (т.е. воздействия, направленного на увеличение напряженного состояния пружины).
Использование реверсивного электромагнита, таким образом, является оптимальным с точки зрения минимизации энергозатрат при работе клапана, осуществляющего регулирование давления в полости управления, поскольку номинальный ток по обмотке электромагнита должен протекать только в период цикла регулирования (когда золотник занимает одно из крайних положений), по окончании же цикла регулирования, по обмотке электромагнита протекает минимальный ток, обеспечивающий только компенсацию утечек из полости управления.
Заявляемая полезная модель позволяет также повысить чувствительность клапана регулирования. Поскольку в клапане используется реверсивный электромагнит, возвращающее усилие на золотник может быть осуществлено не только пружиной, но и одновременно якорем электромагнита, который имеет возможность воздействовать на золотник при его движении из любого крайнего положения. Поскольку при возврате золотника в положение, близкое к исходному на него может воздействовать одновременно и пружина и якорь электромагнита, увеличивается сила, воздействующая на золотник и способствующая его возврату в положение, близкое к исходному. Увеличение силы, действующей на чувствительный элемент, повышает чувствительность клапана регулирования в целом., т.к. скорость реагирования чувствительного элемента у заявляемого клапана регулирования будет выше, чем скорость реагирования чувствительного элемента прототипа, поскольку в заявляемом клапане при перемещении золотника к положению, близкому к исходному, воздействующие на него силы пружины и электромагнита суммируются.
Возможность увеличения силы воздействия на золотник позволяет осуществлять дополнительное воздействие на золотник в случае, если золотник, в результате попадания сторонних включений в полость клапана, залип и потерял возможность движения. В этом случае, поскольку использован реверсивный электромагнит, возможно осуществление на золотник воздействия двумя
последовательными разнонаправленными импульсами от электромагнита. При воздействии двумя последовательными разнонаправленными импульсами, общая амплитуда усилия, воздействующего на золотник, удваивается по сравнению с воздействием однонаправленных импульсов. Таким образом можно осуществлять очистку золотника от посторонних включений.
Использование реверсивного электромагнита позволяет без дополнительных конструктивных средств обеспечить перемещение золотника клапана в обе стороны относительно своего исходного нейтрального положения в период цикла регулирования и обеспечить позицию золотника по окончании цикла регулирования, в положении, близком к исходному нейтральному, при минимальном потреблении электроэнергии, что является актуальным при использовании клапана для регулирования машин, используемых в отсутствии неограниченного источника электроэнергии.
Кроме того, использование реверсивного электромагнита позволяет осуществлять регулирование давления в полости управления как в сторону снижения давления, так и в сторону его повышения без использования дополнительных конструктивных средств (например, второго электромагнита). Т.е. происходит расширение функциональных возможностей клапана регулирования без усложнения его конструкции.
Использование золотника, содержащего как минимум две кромки означает, что у него имеется как минимум один рабочий поясок (кольцевой выступ). Одна сторона которого (одна кромка) находится со стороны полости слива золотника, а другая сторона (вторая кромка) находится со стороны полости давления золотника. Поясок обеспечивает требуемое перекрытие канала, сообщающего полость управления соответственно со сливом или с линией рабочего давления. При наличии одного канала управления (сообщающего полость управления соответственно со сливом или с линией рабочего давления) достаточно выполнения золотника двухкромочным.
Повышение чувствительности работы клапана, обусловливающее повышение чувствительности регулирования машины, в которой он используется, обеспечивается также за счет того, что в заявляемом клапане - минимальное количество конструктивных элементов (минимальное количество передаточных элементов, передающих управляющее воздействие от органа управления к золотнику), что снижает потери к.п.д. при передаче управляющего воздействия от органа управления к золотнику.
Использование в качестве штока торсиона обеспечивает также надежность работы клапана, т.к. торсион, обладающий достаточной гибкостью, компенсирует
несоосность между якорем и золотником и передает на золотник только продольные усилия от якоря. При жестком соединении двух взаимодействующих в продольном направлении элементов в случае их недостаточной соосности, будут иметь место как продольные (полезные) нагрузки на воспринимающий элемент, так и поперечные (паразитные), наличие которых снизит к.п.д. передачи усилия от одного элемента к другому. Торсион, обладающий гибкостью, при соединении двух взаимодействующих между собой в продольном направлении элементов, будет компенсировать возможные поперечные нагрузки. Таким образом, использование торсиона сохраняет чувствительность регулирования в заявляемом клапане даже при наличии несоосности между якорем и золотником, что упрощает процесс изготовления и сборки клапана.
Для того, чтобы иметь возможность корректировки положения золотника относительно присоединительного канала, торсион устанавливают с возможностью регулирования его положения в осевом направлении (вдоль оси золотника), например, с помощью резьбового соединения.
Кроме того, заявляемый клапан регулирования позволяет повысить надежность работы клапана за счет того, что возможно осуществление более точного позиционирования положения золотника за счет использования реверсивного электромагнита.
Таким образом, заявляемый клапан регулирования обеспечивает повышение качества регулирования, чувствительности и надежности работы при сокращении энергозатрат,
Заявляемый клапан обеспечивает также расширение функциональных возможностей, поскольку возможно его использования для регулирования давления в полости управления как в сторону повышения, так и в сторону понижения, и снижение энергозатрат при работе.
Заявляемая регулируемая аксиально-поршневая машина обеспечивает повышение качества  регулирования и надежности  работы за счет упрощения конструкции; обеспечивает повышение чувствительности регулирования за счет снижения времени цикла регулирования.
Из уровня техники не выявлено технических решений, обладающих совокупностью существенных признаков, характеризующих заявляемую полезную модель, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Заявляемая полезная модель может быть осуществлена и применена в промышленности, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена заявляемая регулируемая аксиально-поршневая машина в разрезе.
На фиг.2 представлен вид Д заявляемой аксиально-поршневой машины.
На фиг.3 представлена схема соединений заявляемой машины.
На фиг.4 представлен заявляемый клапан регулирования.
Заявляемая регулируемая аксиально-поршневая машина функционально состоит из качающего узла и механизма регулирования.
Качающий узел содержит корпус 1, в котором на подшипниках 2 установлен вал 3 с фланцем 4. Фланец 4 шарнирно соединен с поршнями 5 и центральной цапфой 6. Поршни 5 расположены в цилиндрах 7 блока 8 вращающегося вокруг оси центральной цапфы 6. Блок 8 приводится во вращение фланцем 4 вала 3 и поршнями 5. Ход поршней 5 определяется углом поворота, образованным осью вращения блока 8 и осью вращения вала 3. Блок 8 опирается на распределитель 9, прилегающий по поверхности вращения к корпусу 10 механизма регулирования. Распределитель 9 прижимается к корпусу 10 под действием усилия пружины 11 и гидравлического рабочего давления в цилиндрах 7 блока 8. Движение распределителя 9 осуществляется вдоль направляющих 12.
Механизм регулирования предназначен для изменения рабочего объема аксиально-поршневой машины за счет изменения угла наклона блока 8 к оси вала 3. Механизм регулирования включает поршень 13, кинематически связанный с распределителем 9 посредством пальца 14, входящего в отверстие 15 распределителя 9 и установленного поперечно в поршне 13.
Поршень 13 имеет участки большего и меньшего диаметра и установлен в корпусе 10 механизма регулирования в цилиндрических полостях (цилиндры 16 и 17).
Корпус 10 механизма регулирования со стороны поршневой полости закрыт крышкой 18.
Цилиндры 16 и 17 являются соответственно цилиндрами меньшего и большего диаметров. В цилиндре 16 размещен участок поршня 13, имеющий меньший диаметр (шток). В цилиндре 17 размещен участок поршня 13, имеющий больший диаметр (поршень). В цилиндре 16 между поршнем 13 и корпусом 10 образована штоковая
полость. В цилиндре 17 между поршнем 13 и крышкой 18 корпуса механизма регулирования образована поршневая полость.
При нерабочем положении машины поршневая полость соединена с линией высокого давления таким образом, чтобы в поршневой полости было обеспечено давление, меньшее, чем давление, необходимое для перемещения поршня 13, т.е. при нерабочем положении машины обеспечено равновесие сил давления, действующих на поршень 13 со стороны штоковой и поршневой полостей.
В крышке 18 установлен клапан регулирования 19, содержащий золотник 20. В крышке 18 выполнен как минимум один канал 21, выходящий в поршневую полость. В золотнике 20 выполнены каналы 22.
Штоковая полость соединена с линией рабочего давления машины. Поршневая полость через канал 21 в крышке 18 и через каналы 22, выполненные в золотнике соединена с линией рабочего давления машины, а через канал 23 - со сливом.
Клапан регулирования 19 содержит реверсивный электромагнит 24, являющийся органом управления золотником 20. Якорь 25 электромагнита 24 соединен с золотником 20 посредством торсиона 26. Якорь 25 подпружинен пружинами 27 и 28, действующими в противоположных направлениях и выставляющими золотник 20 в нейтральное положение, Торсион 26 установлен с возможностью регулирования своего осевого положения относительно золотника 20 для выведения последнего в исходное нейтральное положение.
Золотник 20 в зависимости от полярности и электрической мощности, подаваемой на электромагнит 24, может регулировать давление в поршневой полости.
Для управления электромагнитом 24 имеется электрический усилитель 29, имеющий схему сравнения напряжения сенсора 30 угла наклона блока 8 и задающего электрического устройства 31.
Регулирование рабочего объема машины обеспечивается скольжением распределителя 9 по опорной поверхности вращения корпуса 10 вдоль направляющих 12. Перемещение распределителя 9 по опорной поверхности корпуса 10 осуществляется дифференциальным поршнем 13 посредством пальца 14, входящего в отверстие 15 распределителя 9.
Работа заявляемой машины осуществляется следующим образом.
В нейтральном положении золотника 20 клапана 19 обеспечивается равновесие сил давления, действующих на поршень 13. В процессе работы изменение положения золотника 20 приводит к изменению давления в поршневой полости, при этом меняется соотношение сил на поршень 13, что вызывает перемещение последнего, при
перемещении поршня 13, связанного с распределителем 9 пальцем 14, происходит изменение угла наклона блока 8 к оси вала 3 и изменение рабочего объема машины.
Изменение положения золотника 20 вызывает изменение (увеличение) давления в поршневой полости. Величина управляющего воздействия определяется необходимым уровнем давления в поршневой полости и скоростью его нарастания с тем, чтобы осуществить изменение положения поршня 13 в соответствии с заданным режимом работы. Нарастание давления в поршневой полости приводит к тому, что меняется соотношение сил давления, действующих на поршень 13 со стороны штоковой и поршневой полостей, поршень 13 начинает перемещаться на позицию, определяемую заданным режимом работы. После того, как поршень 13 займет необходимую позицию, воздействие на золотник 20 со стороны органа управления резко снижается и поддерживается на уровне, необходимым для компенсации утечек из поршневой полости. Поршень 13 находится в заданном положении до тех пор, пока режимом работы машины не будет определена необходимость в изменении рабочего объема машины. В этом случае, в соответствии с осуществляемым воздействием на золотник 20 со стороны органа управления, давление в поршневой полости будет или увеличиваться или уменьшаться. Поршень 13 соответственно изменит свое положение в соответствии с новым режимом работы машины. Для повышения давления в поршневой полости обеспечено ее соединение через каналы 21, 22 с линией рабочего давления. Для снижения давления в поршневой полости обеспечено ее соединение через каналы 21, 23 со сливом.
Изменение положения золотника 20 производится реверсивным электромагнитом 24, электрическая энергия на который подается от усилителя 29. При установке неравенства напряжений задающего электрического устройства 31 и сенсора 30, усилитель 29 производит числовую обработку и назначает различную ширину импульсов по полярности модулированного напряжения на электромагните 24, который назначает направление движения и силу воздействия на золотник 20. Эта сила уравновешивается упругими элементами (пружинами) 27 и 28, которые стремятся вернуть якорь 25 электромагнита, и через торсион 26 золотник 20 - в нейтральное положение. При регулировании рабочего объема происходит выравнивание напряжений задающего устройства 31 и сенсора 30. Усилитель 29 выравнивает ширину импульсов модулированного напряжения на электромагните 24, уменьшается сила якоря 25, и связанный с ним торсионом 26 золотник 20 устанавливается в положение, близкое к нейтральному, обеспечивая равенство сил гидравлического давления на поршень 13. При этом положении (близком к нейтральному), золотник 20 обеспечивает
подачу рабочей среды в поршневую полость, необходимую и достаточную для компенсации утечек из нее. При равновесном состоянии поршня 13 электромагнит 24 потребляет энергии, как минимум на порядок меньше, чем при регулировании. Т.к. торцевые поверхности золотника разобщены, возможно осуществление на них дополнительного воздействия, что дает дополнительные возможности по управлению. Установка двух пружин 27 и 28 упрощает механизм точной настройки нейтрального положения золотника 20, при этом, вторая пружина предназначена также для осуществления функции слежения.