ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С КРЕСТООБРАЗНЫМ ПРУЖИННЫМ ШАРНИРОМ
ELECTROMAGNETIC ACTUATOR WITH X-SHAPED SPRING HINGE

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам управления топливоподачей тепловозных, судовых и стационарных силовых установок с помощью электронных регуляторов частоты вращения и мощности.
Для передвижения топливодозирующего органа в электронных регуляторах используются различные исполнительные устройства, преобразующие электрический сигнал в механическое перемещение. Эти устройства, устанавливаемые непосредственно на двигатели, работают в условиях повышенных нагрузок - тепловых, механических, вибрационных.
Известны электрогидравлические исполнительные устройства [1], состоящие из электромагнитного управляющего элемента и гидравлического усилителя мощности, основным недостатком которых является необходимость применения автономной масляной системы с собственным масляным насосом, масляным резервуаром, фильтрами, клапанами и другими элементами гидравлических систем, что усложняет конструкцию, увеличивает габариты, стоимость и ужесточает тепловой режим устройства.
Известны также электромагнитные исполнительные устройства [2, 3], как с втяжным (линейным), так и с поворотным якорем, соединяемым с топливодозирующим органом двигателя рычажной передачей. Необходимость в такой передаче возникает потому, что рабочий ход якоря электромагнита часто не соответствует необходимому рабочему ходу топливодозирующего органа двигателя, особенно на двигателях большой мощности, например судовых и тепловозных дизелях. На этих двигателях усилия, передаваемые от электромагнитного исполнительного устройства на рейку топливных насосов высокого давления, достаточно высоки и имеют толчкообразный характер. Такой режим работы рычажной передачи, содержащей опорные шарниры, в условиях повышенной температуры, загрязненности и недостаточности смазки приводит к быстрому износу шарниров, даже при применении игольчатых подшипников. Все это увеличивает зазоры в передаче, ухудшает точность регулирования системы дозирования топлива, ведет к перерасходу топлива, загрязнению окружающей среды и, в конечном итоге, к ухудшению технико-экономических показателей силовой установки.
Предлагаемое изобретение имеет своей целью увеличение надежности рычажной передачи, повышение ресурса исполнительного устройства и снижение эксплуатационных затрат на его обслуживание и ремонт.
Технический результат достигается использованием в электромагнитном исполнительном устройстве с притяжным или втяжным якорем рычажной передачи с крестообразным пружинным шарниром.
Конструктивная схема электромагнитного исполнительного устройства с притяжным якорем и рычажной передачей, содержащей крестообразный пружинный шарнир, показана на фиг.1 и фиг.2.
Предлагаемое электромагнитное исполнительное устройство состоит из основания 1, корпуса электромагнита 2, катушки электромагнита 6, притяжного якоря 7 с двумя плоскими центрирующими пружинами 9 и 10, рычажной передачи в виде крестообразного пружинного шарнира 4, размещенного в защитном кожухе 3 и состоящего из внутреннего 18 и наружного 19 рычагов, подвижной 15 и неподвижной 16 рамок и двух перекрещивающихся под углом 90° стальных пластин 13, жестко закрепленных концами с помощью винтов 14 на верхней подвижной рамке 15 и нижней неподвижной рамке 16, установленной на корпусе электромагнита 2, при этом упомянутые наружный и внутренний рычаги с одной стороны жестко связаны подвижной рамкой крестообразного пружинного шарнира, а с другой стороны внутренний рычаг 18 связан с якорем электромагнита, а наружный рычаг 19 предназначен для перемещения топливодозирующего органа двигателя.
Плоские пружины 9 и 10 закреплены по периметру корпуса электромагнита 2 и служат для обеспечения плоско-параллельного перемещения якоря 7. Внутри втулки 8 проходит тросик 11, одним концом связанный с якорем 7, а другим - с внутренним рычагом 18 пружинного шарнира. Длина тросика и, следовательно, угол поворота крестообразного пружинного шарнира регулируется специальной гайкой 12.
Возвратная пружина 20 связана с рычагом 18 и используется для четкого позиционирования рычага 19 в положении минимальной подачи топлива, что необходимо для предотвращения аварийных ситуаций в случае выхода из строя обмотки электромагнита.
Индуктивный датчик положения состоит из катушки 23, закрепленной на задней крышке корпуса электромагнита 2 и сердечника 22, жестко соединенного с якорем электромагнита 7. Герметизированный разъем 21 служит для соединения исполнительного устройства с блоком электронного регулятора частоты вращения и мощности.
Электромагнитное исполнительное устройство работает следующим образом: при отсутствии управляющего сигнала со стороны электронного регулятора частоты вращения и мощности якорь 7 под воздействием пружин 9, 10 и 20 находится в крайнем левом положении, соответствующем выключению топливоподачи.
После поступления управляющего сигнала в катушку 6 электромагнита якорь 7, преодолевая усилия пружин, перемещается к сердечнику 5. Тросик 11, связанный с якорем, приводит в движение внутренний рычаг 18. Поскольку этот рычаг жестко связан с верхней подвижной рамкой 15, она начинает поворачиваться относительно нижней подвижной рамки 16 на некоторый угол, деформируя стальные пластины 13.
Одновременно с этим поворачивается на этот же угол наружный рычаг 19, перемещая топливодозирующий орган двигателя в сторону увеличения подачи топлива. Величина этого перемещения пропорциональна величине управляющего сигнала со стороны электронного регулятора частоты вращения и мощности.
При выключении управляющего сигнала якорь электромагнита и связанные с ним детали крестообразного пружинного шарнира под действием пружин возвращаются в исходное состояние.
Источники информации
1. Е.Е.Коссов, Е.Н.Шапран, В.В.Фурман. Совершенствование режимов работы силовых энергетических систем тепловозов. Луганск, 2006, стр.235-236.
2. Системы управления дизельными двигателями, (BOSH) пер. с немецкого. - М.: ЗАО «КЖИ» За рулем», 2004, стр.174-176.
3. Л.В.Грехов, Н.А.Иващенко, В.А.Марков. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. - М.: Легион-Автодата, 2004, стр.246-247.