СЕРВОКЛАПАН
SERVO VALVE

Изобретение относится к двухступенчатому электрогидравлическому сервоклапану, содержащему первую ступень, которая работает в качестве предварительной ступени управления и имеет подвижную трубу с распылителем, и вторую ступень, которая работает в качестве ступени мощности.
В современной гидросистемотехнике часто выставляются особенно высокие требования к рабочим свойствам разработанных компонентов гидравлических систем внутри такой гидросистемы. В частности, разработанная гидравлическая система должна регулировать определенные гидравлические объемные потоки или давления с высокой точностью в соответствии с заданными управляющими сигналами. Пригодные для этого клапаны, в частности клапаны непрерывного действия, позволяют допустить непрерывный переход положений включения клапана. В указанных клапанах непрерывного действия в соответствии с этим электрический входной сигнал преобразуется в гидравлический выходной сигнал. К категории клапанов непрерывного действия относятся известные издавна сервоклапаны, которые позволяют высокоточную и, прежде всего, непрерывную установку положений включения клапана, что, в частности, в современной авиационной технике является основной предпосылкой.
Из уровня техники известны так называемые двухступенчатые сервоклапаны, ступень мощности которых имеет управляющий золотник, который обычно в своем исходном положении прерывает объемный поток между напорным входным каналом и напорным выходным каналом. При этом управляющий золотник находится внутри ступени мощности в состоянии равновесия давления. Для управления ступенью мощности, т.е. для управляемого отклонения управляющего золотника, которое допускает объемный поток между входным и выходным каналом, служит предварительная ступень с электрическим управлением, которая вызывает требуемое отклонение управляющего золотника.
Предварительная ступень управления работает по известному принципу работы трубы с распылителем. Для этого труба с распылителем, снабженная жидкостью для гидравлических систем, подвижно закреплена с помощью шарнира в центре вращения предварительной ступени. На равновесие давления управляющего золотника ступени мощности в положении нулевой точки можно оказывать влияние с помощью соответствующих линий управления, связанных с трубой с распылителем. Благодаря электрическим управляющим сигналам, выдаваемым на предварительную ступень управления, распылительная труба может поворачиваться туда и обратно между обеими линиями управления, вследствие чего можно целенаправленно повышать давление на определенные места управляющего золотника ступени мощности. Изменение давления способствует вынужденному перемещению управляющего золотника из положения нулевой точки, что соответствует непрерывному переходу положений включения клапана.
В известных до настоящего времени предварительных ступенях управления снабжение давлением трубы с распылителем достигается с помощью внешнего трубопровода, точка присоединения которого является чувствительной к вибрациям, колебаниям давления, а также сдвигам нулевой точки, возникающим в клапане во время работы.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить специалисту двухступенчатый сервоклапан, который обеспечивает более надежные свойства при вибрациях, колебаниях давления, а также более стабильные свойства при сдвиге нулевой точки.
Настоящее изобретение осуществляется с помощью комбинации признаков п.1 формулы изобретения. Согласно ему в двухступенчатом электрогидравлическом сервоклапане, содержащем первую ступень, которая работает в качестве предварительной ступени управления и имеет подвижную трубу с распылителем, и вторую ступень, которая работает в качестве ступени мощности, направляя трубу с распылителем предварительной ступени управления посредством торсионного элемента, устройство подачи масла в подвижную трубу с распылителем интегрировано в торсионный элемент. Предварительная ступень управления работает, в соответствии с этим, по известному принципу трубы с распылителем для управления ступенью мощности.
Согласно изобретению осуществлен отказ от того, чтобы для снабжения давлением трубы с распылителем припаять к ней внешнюю трубу, а вопреки этому питающий трубопровод для снабжения давлением трубы с распылителем интегрируется внутри торсионного элемента. Труба с распылителем расположена с возможностью вращения посредством торсионного элемента вокруг оси вращения, которая проходит в направлении продольной оси торсионного элемента. Благодаря размещению согласно изобретению трубы с распылителем, торсионного элемента и питающего трубопровода в процессе оперативной работы двухступенчатого электрогидравлического сервоклапана в движении должно находиться меньше деталей. Следовательно, можно достичь благодаря этому преимущества относительно динамики электрогидравлического сервоклапана, а также стабильности против вибрационных воздействий. Максимальный угол поворота трубы с распылителем зависит от упругости и длины торсионного элемента. Торсион торсионного элемента служит одновременно для возврата трубы с распылителем. Подача масла осуществляется через внутреннее пространство или полость, имеющуюся в торсионном элементе. Возможно, однако, также, чтобы во внутреннее пространство торсионного элемента был введен для этого отдельный трубопровод.
Предпочтительным образом устройство подачи масла расположено в нейтральном волокне торсионного элемента. Нейтральное волокно торсионного элемента обозначает область, в которой во время процесса гибки или кручения не возникает никакого напряжения изгиба. Благодаря этому нагрузки на подачу масла внутри торсионного элемента на основе возникающих усилий на торсионном элементе в значительной степени снижаются, благодаря чему в любое время обеспечивается достаточная и удовлетворяющая подача масла в трубу с распылителем. Как следствие, оптимизируется стабильность против вибраций и динамика клапана, а также точность включений клапана.
Применяемый торсионный элемент представляет собой предпочтительно торсионную рессору, в центральной области которой на продольной оси расположена труба с распылителем. Для того чтобы добиться симметричной жесткости в обеих ветвях торсионного элемента, которые проходят от точки крепления трубы с распылителем по сторонам в обоих направлениях, может быть предусмотрено, что, в дополнение к отверстию для подачи масла на одной стороне ветви торсионного элемента, на противолежащей ветви расположено другое отверстие. Отверстие для подачи масла служит для подачи жидкости в устройство для подачи масла, интегрированное в торсионный элемент. Особенно предпочтительно оба указанных отверстия расположены симметрично точке присоединения трубы с распылителем. Благодаря этому достигается не только симметричная жесткость в обеих ветвях торсионного элемента, но также общая торсионная жесткость торсионного элемента.
Возможно также, чтобы торсионный элемент состоял из медно-бериллиевого сплава, и/или титана, и/или стали. Все три варианта материала представляют возможность выполнения особенно стабильного и устойчивого к вибрациям торсионного элемента.
Для того чтобы уплотнить соединение торсионного элемента и трубы с распылителем и тем самым избежать потерь жидкости для гидравлических систем, может быть предусмотрено уплотнение у соединения торсионного элемента и трубы с распылителем в центре вращения. Особенно предпочтительно радиальное уплотнение в виде кольца круглого сечения, которое позволяет осуществить полное уплотнение трубы с распылителем в точке присоединения к торсионному элементу и не оказывает существенного влияния на точность движения поворота трубы с распылителем для управления ступенью мощности.
Предпочтительным образом труба с распылителем соединена с торсионным элементом с помощью прессовой посадки, благодаря чему достигается особенно стабильное и прочное соединение обоих элементов.
Возможным является также, что отверстия внутри торсионного элемента могут перекрываться или запираться посредством шариков шарикоподшипника. Возможно также, что отверстия могут перекрываться или запираться с помощью цилиндрических заглушек вместо шариков шарикоподшипника или применена комбинация обеих технологий перекрытия.
Предпочтительным образом предварительная ступень управления имеет плиту основания. Она примыкает к области или к блоку ступени мощности. Плита основания служит для установки торсионного элемента, причем продольная ось трубы с распылителем занимает вертикальное положение и направляется через плиту основания в направлении ступени мощности или в нее. В частности, при этом уплотнение трубы с распылителем интегрировано в области центра вращения торсионного элемента в плите основания. Это соответствует особенно стабильной и надежной конструкции против влияния вибраций, которые могут оказывать воздействие на двухступенчатый электрогидравлический сервоклапан.
Может быть предусмотрено, что плита основания уплотнена относительно ступени мощности или относительно блока ступени мощности посредством осевого уплотнения. В частности, осевое уплотнение находится в области прохождения трубы с распылителем в вертикальном направлении между плитой основания и блоком ступени мощности.
Так как подача масла в трубу с распылителем проходит из устройства подачи масла ступени мощности, особенно предпочтительно, что трубопровод подачи масла направляется через плиту основания вплоть до торсионного элемента. Дальнейший ход подачи масла затем согласно изобретению интегрирован внутри торсионного элемента до трубы с распылителем. Следовательно, при конструкции двухступенчатого электрогидравлического сервоклапана согласно изобретению полностью отказываются от внешнего снабжения давлением трубы с распылителем. Можно обойтись без припаивания внешней трубы к устройству снабжения давлением, благодаря чему получаются более высокие свойства и прочность сервоклапана при вибрациях, колебаниях давления, а также при сдвиге нулевой точки.
Для предохранения и дальнейшего уплотнения трубопровода подачи масла предпочтительно, если его уплотнить с помощью осевого уплотнения в области между торсионным элементом и плитой основания. При этом возможно применение нескольких средств уплотнения, в частности, в области перехода между узлом клапана ступени мощности и плитой основания, а также в области между торсионным элементом и плитой основания.
Дальнейшие признаки, преимущества и подробности теперь поясняются более подробно на основе примера выполнения, представленного на чертежах, на которых:
Фиг.1 - схематическое изображение двухступенчатого электрогидравлического сервоклапана согласно изобретению в продольном разрезе,
Фиг.2 - схематическое изображение двухступенчатого электрогидравлического сервоклапана из фиг.1 в поперечном сечении.
Принципиальная конструкция двухступенчатого электрогидравлического сервоклапана представлена в изображении продольного разреза клапана на фиг.1. Сервоклапан состоит из блока предварительной ступени 1 управления и гидравлической ступени 2 мощности.
Во внутреннем пространстве блока ступени 2 мощности подвижно расположен управляющий золотник 3. Блок ступени 2 мощности на своей нижней стороне имеет входной канал PP для давления и оба выходных канала C1 и C2 для давления. На наружном диаметре управляющего золотника 3 выполнены соответственно управляющие кромки по обоим выходным каналам C1 и C2 для давления, ширина которых в осевом направлении управляющего золотника 3 соответствует приблизительно диаметру обоих выходных каналов C1 и C2.
Через входное отверстие PP для давления в первую камеру 8a давления вводится соответствующая жидкость для гидравлических систем, в частности масло для гидравлических систем, и через выравнивающий трубопровод 7 направляется дальше во вторую камеру 8b давления.
Исходное положение управляющего золотника 3 обозначается как нулевое положение, в котором управляющий золотник 3 расположен по центру в блоке ступени мощности и находится в положении равновесия давления. В этом указанном нулевом положении управляющие кромки на управляющем золотнике 3 закрывают оба выходных канала C1 и C2 по всему периметру, так что невозможен никакой поток жидкости между входным каналом PP и одним из обоих выходных каналов C1 и C2.
Фиг.2 показывает поперечное сечение вдоль линии разреза, проходящей приблизительно через центр сервоклапана согласно изобретению. На верхней кромке блока ступени 2 мощности клапана расположена плита 17 основания предварительной ступени 1 управления. На плите 17 основания установлен торсионный элемент 11, который выполнен в виде торсионной рессоры 11. Торсионная рессора 11 расположена при этом на плите основания 17 с возможностью вращения вокруг оси 12 закручивания, проходящей в направлении продольной оси торсионной рессоры 11, причем оба конца торсионной рессоры 11 жестко закреплены на плите 17 основания. Далее, фиг.2 показывает ступенчатое выполнение торсионной рессоры 11, на средней ступени которой закреплена по центру с помощью прессовой посадки труба 10 с распылителем. Продольная ось трубы 10 с распылителем проходит в вертикальном направлении, исходя от торсионной рессоры 11 через плиту 17 основания в блок ступени 2 мощности клапана. На конце трубы 10 с распылителем, т.е. на нижнем отверстии трубы, внутри ступени 2 мощности расположены по бокам со смещением относительно проходящей по вертикали трубы 10 с распылителем оба управляющих трубопровода 5a, 5b. С помощью соответствующего устройства на трубу 10 с распылителем можно оказать усилие, которое вызовет поворот трубы 10 с распылителем относительно ее вертикального исходного положения. Например, с помощью устройства может создаваться электромагнитное поле, которое воздействует на трубу 10 с распылителем таким образом, что она, как показано на фиг.1, повернется в направлении стрелки либо влево, либо вправо, благодаря чему отверстие трубы 10 с распылителем приблизится либо к управляющему трубопроводу 5a, либо к управляющему трубопроводу 5b. Регулирование усилий, воздействующих на трубу 10 с распылителем, т.е. величина электромагнитного поля, осуществляется с помощью управляющих электрических сигналов, которые передаются на предварительную ступень управления через внешнее устройство управления клапана.
Благодаря движению поворота трубы 10 с распылителем одновременно поворачивается вокруг оси 12 закручивания торсионная рессора 11, и внутри торсионной рессоры 11 создается торсионное напряжение, которое противодействует движению поворота трубы 10 с распылителем. После снижения или отключения электромагнитного поля труба 10 с распылителем благодаря торсионному напряжению внутри торсионной рессоры 11 устанавливается обратно в направлении ее вертикального исходного положения. Остается упомянуть, что отклонение трубы 10 с распылителем осуществляется постоянно благодаря управлению клапана. Максимальный угол поворота трубы 10 с распылителем, а также взаимосвязь между воздействующим усилием и углом поворота зависят от длины и упругости торсионной рессоры 11.
Для снабжения трубы 10 с распылителем маслом для гидравлических систем служит питающий трубопровод 20 для масла. Он берет начало у входа во входной канал PP для давления клапанного блока ступени 2 мощности и проходит в нем в вертикальном направлении до плиты 17 основания. Согласно изобретению подача масла через питающий трубопровод 20 для масла направляется через плиту основания до торсионной рессоры 11 и через отверстие попадает во внутреннее пространство торсионной рессоры 11. Таким образом, осуществляется дальнейшая подача масла до трубы 10 с распылителем теперь полностью внутри торсионной рессоры 11 и проходит, таким образом, исходя от входного отверстия торсионной рессоры 11, вдоль ступенчатой формы торсионной рессоры 11 до точки соединения трубы 10 с распылителем с торсионной рессорой 11. Настоящее изобретение не обращается поэтому к внешнему трубопроводу предварительной ступени управления, а встраивает устройство подачи масла в трубу 10 с распылителем полностью внутри торсионного элемента, в частности торсионной рессоры 11. Применение внешнего трубопровода, который закрепляется на трубе 10 с распылителем путем пайки, имеет явную восприимчивость по отношению к вибрациям, колебаниям давления, а также смещениям нулевой точки. Благодаря интеграции согласно изобретению подачи масла внутри торсионного элемента можно исключить указанную точку износа, из чего можно достичь значительных преимуществ относительно динамики клапана, а также прочности против вибрационных воздействий.
Благодаря боковому отклонению трубы 10 с распылителем либо управляющий трубопровод 5a, либо управляющий трубопровод 5b может более или менее нагружаться давлением, вследствие чего внутри регулирующих пространств 4a и 4b измененное давление воздействует на торцевые поверхности управляющего золотника 3, который может постоянно изменяться с помощью управляющих сигналов.
Если, например, соответствующий электрический управляющий сигнал вызывает движение поворота трубы 10 с распылителем от вертикальной оси влево, то отверстие трубы с распылителем приближается к управляющему трубопроводу 5b, благодаря чему большая часть выходящей из отверстия жидкости для гидравлических систем отдается управляющему трубопроводу 5b. Вследствие этого повышается давление внутри регулирующего пространства 4b. Благодаря этому внутри регулирующего пространства 4b повышенное давление воздействует на торцевую поверхность управляющего золотника 3, что приводит в результате к смещению управляющего золотника 3 вдоль его продольной оси. Вследствие движения управляющего золотника 3 одновременно управляющие кромки над каналом C1 выхода давления смещаются вправо, вследствие чего канал C1 открывается. Жидкость, поступающая через входной канал PP для давления, может выходить из сервоклапана через выравнивающий канал 7 и камеру 8b через выходной канал C1 для давления и, например, снабжать маслом для гидравлических систем потребителя, подключенного к C1. При этом является возможным, что возвращающееся от потребителя масло через выходной канал C2 возвращается клапану и через открытое одновременно соединение от C2 и канал RP обратного потока возвращается в бак. Входящая в управляющий золотник 3 возвратная пружина 6 жестко соединена с трубой 10 с распылителем и создает теперь все более увеличивающийся вращающий момент обратного действия на трубу 10 с распылителем, пока она на повернется обратно в вертикальное нейтральное положение. Давления на управляющих пространствах 4a и 4b имеют в этом случае одинаковую величину. Управляющий золотник 3 остается в этом положении. Ход управляющего золотника пропорционален производимому электрическому управляющему сигналу. Исходя из этого, теперь объемный поток от PB в C1 или C2 в PR пропорционален производимому электрическому управляющему сигналу.
Открытие выходного канала C2 для давления осуществляется аналогичным образом посредством движения поворота трубы 10 с распылителем в направлении управляющего канала 5a.
Все отверстия торсионной рессоры 11, которые включают в себя, во-первых, отверстие для трубопровода 20 подачи масла, а во-вторых, отверстие на противолежащей стороне торсионной рессоры 11, могут перекрываться по выбору с помощью шариков 16 шарикоподшипника или цилиндрической заглушки. Для того чтобы дополнительно уплотнить точку соединения трубы 10 с распылителем и торсионной рессоры 11 и, таким образом, избежать нежелательных потерь жидкости для гидравлических систем или потерь давления внутри сервоклапана, в частности, в центре 18 вращения расположено уплотнительное кольцо 13 круглого сечения. Далее, труба 10 с распылителем в переходной области от плиты 17 основания к клапанному блоку ступени 2 мощности уплотняется с помощью осевого уплотнения 14. Для дальнейшего уплотнения трубопровода 20 подачи масла служат несколько осевых уплотнений 15, расположенных в области перехода между плитой 17 основания и клапанным блоком ступени 2 мощности, а также в области торсионной рессоры 11.