РУЛЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК B64C13/36 B64G1/40 

Изобретение относится к области электрогидропривода и может быть использовано в ракетостроении, самолетостроении и судостроении.

Известна рулевая машина (РМ), содержащая электродвигатель, вал которого соединен с ведущей шестерней трехшестеренного насоса, размещенного во внутренней полости, заполненного рабочей жидкостью, корпуса РМ, при этом насос соединен гидравлическими каналами с шариковыми предохранительными клапанами и с рабочими полостями двухдроссельного золотникового гидрораспределителя, включающего электромеханический преобразователь, связанный с установленной на корпусе рулевой машины с помощью плоской нагрузочной пружины качалкой, к концам которой крепятся два золотниковых плунжера, выполненных в виде тонкостенных трубок и размещенных в полых осях ведомых шестерен насоса, являющихся гильзами гидрораспределителя, в стенках которых выполнены сквозные радиальные отверстия круглой формы, при этом рабочие полости гидрораспределителя соединены с полостями силового гидроцилиндра [1, стр. 404-405].

Недостатками указанной РМ являются недостаточная чувствительность, характеризуемая командными токами трогания, и высокое энергопотребление, обусловленное тем, что насос создает два независимых потока рабочей жидкости.

Наиболее близким аналогом изобретения (прототипом) является РМ, содержащая установленный на корпусе электродвигатель, вал которого соединен с осью ведущей шестерни имеющего одну паразитную ведомую шестерню трехшестеренного насоса, размещенного во внутренней полости корпуса и соединенного одним гидравлическим каналом с предохранительным клапаном, а другим каналом с нагнетательными полостями четырехдроссельного золотникового гидрораспределителя, включающего электромеханический преобразователь, на валике которого установлена нагруженная плоской пружиной качалка, к концам которой крепятся два золотниковых плунжера, размещенных в полых осях ведомых шестерен насоса, в стенках которых выполнены сквозные радиальные отверстия круглой формы и сквозные радиальные отверстия прямоугольной формы, при этом пояски золотниковых плунжеров вместе со сквозными отверстиями прямоугольной формы образуют комплексы наливных дроссельных окон и комплексы сливных дроссельных окон, причем нагнетательные полости гидрораспределителя через сквозные радиальные отверстия круглой формы сообщаются с нагнетательными полостями осей ведомых шестерен насоса, которые через комплексы наливных дроссельных окон сообщены с рабочими полостями гидрораспределителя, при этом рабочие полости гидрораспределителя соединены с полостями силового гидроцилиндра и через комплексы сливных дроссельных окон сообщены со сливными полостями осей ведомых шестерен насоса, которые через канал, выполненный в корпусе, соединены с внутренней полостью корпуса [2, стр. 31, 3, стр. 55].

Такая РМ характеризуется более низким значением энергопотребления, так как ее насос создает только один поток рабочей жидкости, и более высокой чувствительностью, обусловленной действием на золотниковые плунжеры гидродинамических сил. Однако ее чувствительность остается недостаточной по сравнению с традиционными четырехдроссельными гидрораспределителями, поскольку вращение гильз гидрораспределителя (осей насоса) приводит к эффекту увеличения углов наклона суммарных векторов скоростей потоков рабочей жидкости, истекающих через наливные и сливные дроссельные окна вращающихся гильз, к осям золотниковых плунжеров, что выражается в уменьшении гидродинамических сил, действующих на золотниковые плунжеры. Величина этого уменьшения зависит, в частности, от толщины стенок гильз [4, стр. 120, 121] и обусловлена захватом части потоков рабочей жидкости стенками радиальных отверстий прямоугольной формы, в результате чего эти части потоков за счет сил инерции и центробежных сил смещается в углам, образованным стенками радиальных отверстий прямоугольной формы, и дальнейшее движение рабочей жидкости происходит практически вдоль стенок этих углов, при этом другая часть потоков преодолевает сквозные радиальные отверстия прямоугольной формы практически без изменения углов наклона.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности РМ.

Технический результат достигается тем, что в известной РМ, содержащей установленный на корпусе электродвигатель, вал которого соединен с осью ведущей шестерни имеющего одну паразитную ведомую шестерню трехшетеренного насоса, размещенного во внутренней полости корпуса РМ и соединенного одним гидравлическим каналом с предохранительным каналом, а другим каналом с нагнетательными полостями четырехдроссельного золотникового гидрораспределителя, включающего электромеханический преобразователь, на валике которого установлена нагруженная плоской пружиной качалка, к концам которой крепятся два золотниковых плунжера, размещенных в полых осях ведомых шестерен насоса, в стенках которых выполнены сквозные радиальные отверстия круглой формы и сквозные радиальные отверстия прямоугольной формы, при этом пояски золотниковых плунжеров вместе со сквозными радиальными отверстиями прямоугольной формы образуют комплексы наливных дроссельных окон и комплексы сливных дроссельных окон, причем нагнетательные полости гидрораспределителя через сквозные радиальные отверстия круглой формы сообщаются с нагнетательными полостями осей ведомых шестерен насоса, которые через комплексы наливных дроссельных окон сообщены с рабочими полостями гидрораспределителя, при этом рабочие полости гидрораспределителя соединены с полостями силового гидроцилиндра и через комплексы сливных дроссельных окон сообщены со сливными полостями осей ведомых шестерен насоса, которые через гидравлический канал, выполненный в корпусе, соединены с внутренней полостью корпус, при этом в отличие от прототипа оси ведомых шестерен насоса снабжены пазами по числу радиальных отверстий прямоугольной формы, выполненными на наружных цилиндрических поверхностях осей в плоскостях, перпендикулярных осям золотниковых плунжеров и проходящих через оси радиальных отверстий прямоугольной формы, причем ширина пазов должны быть не меньше ширины радиальных отверстий прямоугольной формы и не больше ширины рабочих полостей гидрораспределителя, а глубина h пазов определяется соотношением:

где R - радиус наружной поверхности оси;
r - радиус внутренней поверхности оси;
b - ширина радиального отверстия прямоугольной формы в оси.

Осуществление заявленного технического решения поясняется с помощью конструктивной схемы, представленной на фиг. 1 и сечением оси ведомой шестерни насоса, представленным на фиг. 2.

РМ содержит электродвигатель 1, вал 2 которого соединен с осью 3 ведущей шестерни 4 трехшестеренного насоса 5, имеющего одну паразитную ведомую шестерню 6, при этом насос размещен во внутренней полости 7 корпуса 8 РМ и соединен гидравлическим каналом 9 с предохранительным клапаном 10 и гидравлическим каналом 11 с нагнетательными полоcтями 12 четырехдроссельного золотникового гидрораспределителя. Гидрорaспределитель включает электромеханический преобразователь 13, на валике которого установлена нагруженная пружиной 15 качалка 16, к концам которой крепятся два золотниковых плунжера 17 с поясками 18, размещенные в полых осях 19 ведомых шестерен 20 и 6 насоса 5, в стенках которых выполнены сквозные радиальные отверстия 21 круглой формы и сквозные радиальные отверстия 22 прямоугольной формы. Пояски 18 золотниковых плунжеров 17 вместе со сквозными радиальными отверстиями 22 прямоугольной формы образуют комплексы наливных дроссельных окон 23 и комплексы сливных дроссельных окон 24, причем нагнетательные полости 12 гидрораспределителя через сквозные радиальные отверстия 21 круглой формы сообщаются с нагнетательными полостями 25 осей 19 ведомых шестерен 20 и 6 насоса 5, которые через комплексы наливных дроссельных окон 23 сообщены с рабочими полостями 26 гидрораспределителя, при этом рабочие полости 26 гидрораспределителя соединены с полостями 27 силового гидроцилиндра 28 и через комплексы сливных дроссельных окон 24 сообщены со сливными полостями 29 осей 19 ведомых шестерен 20 и 6 насоса 5, которые через гидравлический канал 30 в корпусе 8 РМ соединены с внутренней полостью 7 корпуса 8 РМ. Оси 19 ведомых шестерен 20 и 6 насоса 5 снабжены пазами 31.

РМ работает следующим образом.

При подаче напряжения на электродвигатель 1 его выходной вал 2 приходит во вращение и передает вращение через ось 3 на ведущую шестерню 4 четырехшестeренного насоса 5. Вследствие того что ведомая шестерня 6 является паразитной, насос 5 создает только один поток рабочей жидкости, всасывая ее из полости 7 корпуса 8 РМ и по гидравлическим каналам 9 и 11 направляет его на предохранительный клапан 10 и в нагнетательные полости 12. Из полостей 12 рабочая жидкость через круглые радиальные отверстия 21 поступает в нагнетательные полости 25 осей 19 ведомых шестерен 20 и насоса 5 и далее через наливные дроссельные окна 23, образованные поясками 18 и прямоугольными радиальными отверстиями 22, в рабочие полости 26 гидрораспределителя. Из рабочих полостей 26 гидрораспределителя рабочая жидкость поступает в полости 27 гидроцилиндра 28, и через сливные дроссельные окна 24, также образованные поясками 18 и прямоугольными радиальными отверстиями 22, в сливные полости 29 осей 19, откуда через гидравлический канал 30 в корпусе 8 РМ во внутреннюю полость 7.

При подаче управляющего тока на электромеханический преобразователь 13 его валик 14 за счет действия позиционного момента, создаваемого пружиной 15, поворачивается на определенный угол против часовой стрелки, вместе с ним поворачивается и качалка 16 с закрепленными на ней плунжерами 17. При этом один из плунжеров 17 с пояском 18 движется вниз внутри оси 19 ведомой шестерни 20, а другой плунжер 17 с пояском 18 вверх внутри оси 19 ведомой шестерни 6 трехшестеренного насоса 5, при этом плунжер 17, идущий вниз, увеличивает наливные дроссельные окна 23 и уменьшает сливные дроссельные окна 24 в оси 19 ведомой шестерни 20, а плунжер 17, идущий вверх, уменьшает наливные дроссельные окна 23 и увеличивает сливные дроссельные окна 24 в оси 19 ведомой шестерни 6. В результате в рабочих полостях 26 гидрораспределителя и в полостях 27 силового гидроцилиндра 28 создается перепад давления, вынуждающий поршень и шток силового гидроцилиндра выдвигаться. При подаче на электромеханический преобразователь 13 управляющего тока обратной полярности его валик 14 за счет действия позиционной момента, создаваемого плоской пружиной 15, поворачивается на определенный угол по часовой стрелке, а вместе с ним поворачивается и качалка 16 с закрепленным на ней плунжерами 17. При этом один из плунжеров 17 с пояском 18 движется вверх внутри оси 19 ведомой шестерни 20, а другой плунжер 17 с пояском 18 вниз внутри оси 19 ведомой шестерни 6 трехшестеренного насоса 5, при этом плунжер 17, идущий вверх, уменьшает наливные дроссельные окна 23 и увеличивает сливные дроссельные окна 24 в оси 19 ведомой шестерни 20, а плунжер 17, идущий вниз, увеличивает наливные дроссельные окна 23 и уменьшает сливные дроссельные окна 24 в оси 19 ведомой шестерни 6. В результате в рабочих полостях 26 гидрораспределителя и в полостях 27 силового гидроцилиндра 28 создается перепад давления, вынуждающий поршень и шток силового гидроцилиндра втягиваться.

При вращении осей 19 насоса 5, выполняющих роль гильз золотниковых плунжеров 17, части потоков, протекающих через дроссельные окна 23 и 24, захватываются стенками осей 19, что приводит к увеличению углов наклона суммарных векторов скоростей потоков к осям золотниковых плунжеров 17 и как следствие к уменьшению гидродинамических сил, действующих на золотниковые плунжеры 17, а следовательно, к увеличению зоны нечувствительности РМ, причем величины этих изменений определяются, в частности, толщиной набегающих стенок осей [4 стр. 120, 121] . Однако выполнение пазов 31 в осях 19 насоса 5 уменьшает толщину набегающих стенок и приводит к возникновению "ножевого" эффекта, в результате которого влияние набегающих стенок ослабляется, что выражается в уменьшении доли потоков, захватываемых стенками осей и как следствие в уменьшении углов наклона суммарных векторов скоростей потоков к осям золотниковых плунжеров, а следовательно, приводит к увеличению гидродинамических сил, действующих на золотниковые плунжеры 17 и уменьшению зоны нечувствительности РМ.

Для получения эффекта минимальная глубина h паза (см. фиг. 2) должна быть равна BE, где BE = OE - OB. Из треугольника OAB:

Учитывая, что OA = OE = R, а AB = b/2, получим:

Максимальная глубина паза h во избежание прорыва радиального отверстия 22 прямоугольной формы должна быть меньше ED, где ED = R - OD. Из треугольника OCD:

Учитывая, что OC = r, а CD = AB = b/2, получим:

Следовательно, глубина h пазов 31 в соответствии с фиг. 2 должна удовлетворять следующему соотношению:
h_min ≤ h ≤ h_max:
или:

откуда:

Выбор величины глубины пазов из данного диапазона является предметом оптимизации под конкретное техническое задание.

Поскольку движение поясков 18 золотниковых плунжеров 17 при работе РМ может происходить вдоль всей ширины радиальных отверстий 22 прямоугольной формы и даже превышать его, минимальная ширина пазов не должна быть меньше ширины радиальных отверстий 22 прямоугольной формы. С другой стороны, для обеспечения отсутствия утечек рабочей жидкости из рабочих полостей 26 гидрораспределителя, ширина пазов 31 не должна превышать ширины рабочих полостей 26.

Наличие пазов определенной формы и размеров в осях ведомых шестерен насоса уменьшает долю потоков, захватываемых стенками осей и ведет к уменьшению углов наклона суммарных векторов скоростей потоков к осям золотниковых плунжеров, а, следовательно, приводит к увеличению гидродинамических сил, действующих на золотниковые плунжеры, что обеспечивает повышение чувствительности РМ.

Таким образом в рулевой машине с четырехдроссельным золотниковым гидрораспределителем за счет наличия пазов в осях насоса обеспечивается повышение ее чувствительности.

Источники информации.

1. В.И.Феодосьев, Г.Б.Синярев, Введение в ракетную технику. М.: Государственное научно-техническое издательство Оборонгиз, 1960.

2. Белоногов О.Б., Жарков М.Н., Кудрявцев В.В., Шутенко В.И. Методы расчета статических характеристик автономных однокаскадных рулевых машин с четырехдроссельным электрогидравлическим усилителем с отрицательным перекрытием/ Сб. : Ракетно-космическая техника. Серия XII. Вып 1. - РКК "Энергия", 1977 г.

3. Белоногов О.Б., Жарков М.Н., Кудрявцев В.В., Шутенко В.И. Методы расчета статических характеристик автономных однокаскадных рулевых машин с четырехдроссельным электрогидравлическим усилителем с нулевым и положительным перекрытиями/ Сб. : Ракетно-космическая техника. Серия XII. Вып 1. - РКК "Энергия", 1977 г.

4. Белоногов О.Б. Исследование гидродинамических сил, действующих на золотниковые плунжеры рулевых машин. Тез. докл. /Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении. Материалы международной конференции. - Издательство Саратовского университета, 1997.

Изобретение относится к электрогидроприводам и может быть использовано в ракетостроении, самолетостроении и судостроении. Согласно изобретению рулевая машина содержит электродвигатель, трехшестеренный насос, создающий один поток рабочей жидкости, силовой гидроцилиндр и четырехдроссельный золотниковый гидрораспределитель, содержащий электромеханический преобразователь, качалку, плоскую нагрузочную пружину и золотниковые плунжеры, имеющие рабочие пояски, которые размещены в полых вращающихся осях насоса (гильзах гидрораспределителя). В стенках осей выполнены сквозные радиальные отверстия круглой и прямоугольной формы. Пояски плунжеров вместе с отверстиями прямоугольной формы образуют комплексы наливных и сливных дроссельных окон. Оси ведомых шестерен насоса снабжены пазами, выполненными на наружных цилиндрических поверхностях осей в плоскостях, перпендикулярных осям плунжеров и проходящих через оси отверстий прямоугольной формы, причем число пазов соответствует количеству этих отверстий. Наличие данных пазов уменьшает долю потоков, захватываемых стенками осей, и ведет к уменьшению наклона суммарных скоростей потоков к осям золотниковых плунжеров, что приводит к увеличению гидродинамических сил, действующих на плунжеры. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности рулевой машины. 2 ил.

Рулевая машина, содержащая установленный на корпусе электродвигатель, вал которого соединен с осью ведущей шестерни, имеющего одну паразитную ведомую шестерню трехшестеренного насоса, размещенного во внутренней полости корпуса и соединенного одним гидравлическим каналом с предохранительным клапаном, а другим каналом - с нагнетательными полостями четырехдроссельного золотникового гидрораспределителя, включающего электромеханический преобразователь, на валике которого установлена нагруженная пружиной качалка, к концам которой крепятся два золотниковых плунжера, размещенных в полых осях ведомых шестерен насоса, в стенках которых выполнены сквозные радиальные отверстия круглой формы и сквозные радиальные отверстия прямоугольной формы, при этом пояски золотниковых плунжеров вместе со сквозными радиальными отверстиями прямоугольной формы образуют комплексы наливных дроссельных окон и комплексы сливных дроссельных окон, причем нагнетательные полости гидроусилителя через сквозные радиальные отверстия круглой формы сообщаются с нагнетательными полостями осей ведомых шестерен насоса, которые через комплексы наливных дроссельных окон сообщены с рабочими полостями гидрораспределителя, при этом рабочие полости гидрораспределителя соединены с полостями силового гидроцилиндра и через комплексы сливных дроссельных окон сообщены со сливными полостями осей ведомых шестерен насоса, которые через гидравлический канал, выполненный в корпусе, соединены с внутренней полостью корпуса, отличающаяся тем, что оси ведомых шестерен насоса снабжены пазами по числу радиальных отверстий прямоугольной формы, выполненными на наружных цилиндрических поверхностях осей в плоскостях, перпендикулярных осям золотниковых плунжеров и проходящих через оси радиальных отверстий прямоугольной формы, причем ширина пазов не меньше ширины радиальных отверстий прямоугольной формы и не больше ширины рабочих полостей гидрораспределителя, а глубина h пазов определяется соотношением

где R - радиус наружной поверхности оси;
r - радиус внутренней поверхности оси;
b - ширина радиального отверстия прямоугольной формы в оси.