Исполнительный механизм электромагнитного действия Советский патент 1993 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к исполнительным механизмам электромагнитного действия для управления распределительными клапанами в перколяционных машинах.

В основе настоящего изобретения лежит задача - ускорить процесс регулирования. Исполнительный механизм должен быть зафиксирован по меньшей мере, в двух различных положениях, а переключение должно происходить, в случае двигателя внутреннего сгорания за промежуток времени, значительно меньший, чем время для прохождения цикла двигателя внутреннего сгорания. Для решения поставленной задачи исполнительный механизм электромагнитного действия, состоящий из установленных в корпусе двух рабочих электромагнитов, обеспечивающих возможность перемещения якоря, связанного с управляющим элементом, в два крайних положения и пружинной системы, удерживающей управляющий элемент в промежуточном положении равновесия при отключенных электромагнитах, причем управляющий элемент установлен с возможностью рёгулирбвк Мхода путам изменения положения рабочей поверхности полюса электромагнита и основания, по крайней мере, одной из пружин системы, снабжен электромагнитной системой переключения для одновременного изменения расстояния между рабочими поверхностями полюсов электромагнитов и согласования положения равновесия пружинной системы

сл

С

00

со

CS (Л

ю о

со

с новым положением рабочих поверхностей полюсов путем изменения положения по крайней мере одного основания пружины. При этом по крайней мере один из рабочих электромагнитов снабжен элементом для изменения магнитного сопротивления его магнитного контура, с целью поддержки постоянным промежутка времени между отключением тока рабочего магнита и началом движения якоря (времени отпускания яко- ря). Управляющий элемент может приводиться и действие передаточным элементом, выполненным, например; в виде коромысла или ведомого рычага. Для све1 дения к минимуму выделения шума и износа в элементах конструкции электромагнитной системы переключения исполнительный механизм может быть снабжен замедлителем движения рабочего электромагнита вблизи крайних положений, по крайней мере, в од- ном из направлений, или замедлителем движения якоря между рабочими электромагнитами. Для компенсации возникающих при работе исполнительного механизма линейных расширений может применяться гидравлический компенсатор клапанного зазора, В .соответствии с изобретением эта деталь конструкции может быть расположена в различных положениях внутри исполнительного механизма, в осо- бенности D магнитном якоре или между рабочим электромагнитом, обеспечивающим закрытое положение клапана, и корпусом. Кроме того, электромагнитная система переключения может содержать постоянный магнит, который обеспечивает сохранение якоря исполнительного механизма в притянутом положении. Для уменьшения энергии, особенно для удержания магнитного якоря на рабочих повер хностях полюса, один или оба рабочих магнита могут быть, снабжены постоянными магнитом. Для ком пенсации линейных расширений , и упрощения регулировки при монтаже элемент

для изменения магнитного сопротивления

контура рабочего электромагнита поджат к корпусу упругим звеном и установлен с возможностью перемещения в направлении, противоположном направлению усилия, развиваемого упругим звеном.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность цифрового управления исполнительным механизмом. Согласование собственной системы переключения с любым исполнительным механизмом позволяет свободно располагать исполнительные механизмы в случае многоцилиндровой перко- л яционной машины. Благодаря регулировке различных магнитных сопротивлений в положениях включения, можно привести в

; 5 0 5 0 5 0

5

0

5

движение исполнительные механизмы в различных положениях, включения с помощью неизменяемых управляющих сигналов. Демпфирование движения, гидравлическая компенсация линейного расширения, а также использование постоянного магнита снижают величину потребляемой энергии.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства, при этом система переключения для изменения рабочего хода изображена в выключенном состоянии и находится в положении малого рабочего хода (распределительный клапан перколяционной машины закрыт); на фиг.2 -устройство с включенной системой переключения в положении большого рабочего хода (распределительный клапан перколяционной машины закрыт); на фиг,3 - элементы конструкции, обеспечи; ваюицие демпфирование движения, якоря и гидравлическую компенсацию линейного. расширения, а также вариант выполнения исполнительного механизма с постоянным магнитом в рабочем магните, обеспечивающем положение закрыто, причем элемент конструкции, регулирующий магнитное сопротивление, установлен с возможностью перемещения; на фиг.4 - фрагмент изображенного на фиг.З варианта выполнения с условным обозначением А, на фиг.5 - пример выполнения конструкции с расположенным в системе переключения постоянным магнитом; на фиг.6 - пример выполнения устройства для демпфирования движением системы переключения посредством сжатия воздуха; на фиг.7-13 изображены различные возможные варианты выполнения элементов, обеспечивающих регулировку магнитного сопротивления рабочего магнита; на фиг.14-17 - различные возможные варианты расположения систе; мы переключения для регулирования рабочих магнитов в положении открыто, на фиг.18 - пример выполнения устройства с управляющим элементом, приводимым в действие коромыслом.

Исполнительный механизм содержит рабочие электромагниты 1 и 2, с обмотками 3 и 4 и якорем 5. Электромагнит 1 удерживается гильзой 6 в корпусе 7 и скреплен с ним винтами буртом 8. Рабочий электромагнит 1 образует с неподвижной станиной 9 системы переключения одно целое. Подвижный якорь 10 электромагнитной системы переключения действует через регулируемый установочный винт 11 на пружину 12.которая удерживается на пластине якоря 5. Якорь 10 через соединительный болт 13 связан с рабочим магнитом 2, который введен в гильзу б, с возможностью перемещения в осевом направлении. Упор, с помощью которого регулируется положение рабочего магнита 2 и тем самым рабочий ход, образует ушко крепления 14, которое прижимается силой предварительно сжатой пружины 12 к нижней кромке гильзы 6. Система переключения выполнена с обмоткой 15. Размеры рабочего электромагнита 2 по его нижнему краю выбраны таким образом, что площадь поперечного сечения 16 для прохождения магнитного потока между обмоткой 4 и нижним краем, значительно меньше, чем остальная площадь поперечного сечения магнитного контура, и таким образом уже при средней модуляции магнитного контура происходит повышение магнитного сопротивления. Шайба 17 из магнитомягкого железа прижата в корпусе 7 силой предварительного сжатия пружины 18 по направлению к упору 19. Притянутое положение якоря 10 к станине 9 представляет упор для показанного на фиг.2 положе- ния системы переключения. В этом положении шайба 17 расширяет площадь поперечного сечения магнитного контура и уменьшает магнитное сопротивление в рабочем магните 2. При этом шайба 17 удалена на небольшое расстояние от упора 19, и таким образом обеспечена надежная опора рабочего магнита 2 на шайбе 17. Винтом 11 положение равновесия колебательной системы, состоящей из пружин 12 и 20, а также якоря 5, штока 21, элемента управления и пружинного диска 22, регулируется таким образом, что якорь 5 находится в состоянии покоя в обесточенном состоянии посредине между рабочими магнитами 1 и 2. В этом положении связанный со штоком 21 управляющий элемент, например, распределительный клапан двигателя внутреннего сгорания открыт на половину своего хода. Если якорь 5 вошел в контакт с магнитом 1, он удерживается там благодаря возбуждению обмотки 3. При этом управляющий элемент находится в закрытом состоянии. Затем для работы исполнительного механизма в обмотке 3 отключается, в результате чего через промежуток времени называемый временем отпускания якорь 5 отделяется от магнита 1 и, минуя положение равновесия придвигается на магнит 2. Обмотка 4 магнита 2 своевременно возбуждается так, что якорь 5 притягивается к магниту 2 и там удерживается. В обесточенном состоянии обмотки 15 система переключения находится в положении малого рабочего хода. Если обмотка 15 возбуждается, то якорь 10 притягивается против силы предварительно сжатой пружины 12 к станине 9.

Чтобы не допустить неконтролируемые состояния, якорь 5 остается на рабочем магните 1, где он удерживается благодаря возбуждению обмотки 3. Через соединительный болт 13 движение якоря передается рабочему магниту 2, и он движется по направлению к шайбе 17. В результате этого . рабочий магнит 2 получает увеличенную площадь поперечного сечения 16. которая

0 позволяет компенсировать повышенный уровень усилия благодаря большему рабочему ходу и тем самым поддерживать постоянным время отпускания после отклонения обмотки 4 до начала движения якоря. Поло5 жение равновесия колебательной системы 5, 12, 20, 21, 22 благодаря перемещению неподвижного основания пружины 12 снова находится посредине между рабочими магнитами 1 и 2. Система переключения при

0 малом расстоянии между якорем 10 и станиной 9 удерживается путем возбуждения малым током. Якорь 5 своей внешней кромкой 23 образует уплотнительный зазор для гильзы 6. Гильза 6 выполнена с канавкой 24,

5 через которую воздух из объема сверху яко- рл может утекать в объем, находящийся под якорем. Вблизи рабочей поверхности полюс верхнего магнита 1 внешняя кромка 23 минует верхнюю кромку 25 канавки 24, и якорь

0 5 уплотняет оставшийся в верхнем объеме воздух. Возникающая сила гасит ускорение якоря 5. Исполнительный механизм может содержать также гидравлический элемент 26 компенсации линейного расширения, ко5 торый укреплен в якоре 5 и действует на шток 21 управляющего элемента. Через якорь элемент 26 может снабжаться напорным маслом. Постоянный магнит 27 может быть расположен в рабочем магните 1. Он

0 делает возможным удержание якоря 5 без протекания тока в обмотке 3 и поддерживает притягивание якоря 5. Для отделения якоря 5 от рабочей поверхности полюса магнита 1 обмотка 3 приводится в действие

5 с помощью обратной процессу притягивания полярности постоянного тока. Возбужденное поле действует против поля постоянного магнита 27 и действие сил на якорь 5 уменьшается до тех пор, пока сила

0 сжатой пружины не превысит их, и начнется движение. На фиг.5 изображен вариант выполнения электромагнитной системы переключения, состоящей из станины 9 и якоря 10с постоянным магнитом 28. Для притяги5 вания якоря 10 к станине 9 возбуждается обмотка 15. В случае прилегания якоря 10 к станине 9 обмотка 15 может быть отключена, для отделения якоря 10 обмотка 15 возбуждается при обратной полярности постоянного тока. На фиг.6 изображен узел.

обеспечивающий демпфирование движения при переключении системы в направлении движения от малого рабочего хода к большому. Шайба 17 из магнитомягкого материала оснащена на внешней кромке гильзой 29, которая образует уплотнительный зазор для рабочего магнита 2. Гильза 29 выполнена с отверстиями 30, которые при движении магнита 2 и уменьшении пространства 31 допускают утечку воздуха до тех пор, пока рабочий магнит 2 закроет отверстия вблизи шайбы 17, оставшийся воздух сжимается и возникает демпфирующая сила. На фиг. с 7 по 13 изображен другой вариант выполнения узла для изменения магнитного сопротивления рабочего магнита. Важным для безупречного функциониро- вания исполнительного механизма является .точная воспроизводимость контакта между соответствующим рабочим магнитом 32 и шайбой 33 из магнитомягкого железа. Конические конструкции (фиг.8 и 13) обеспечивают возможностью самоцентри- . рования, плоские горизонтальные (фиг,7) обеспечивают простоту изготовления, вер- тикальные(фиг.9 и 10) дают в итоге постоянный радиальный зазор, а конструкция со штифтами 34 (фиг. 11 и 12) благодаря большому числу элементов не подвержена погрешностям изготовления. На фиг. с. 14 по 17 исполнительный механизм изображен упрощенно, он содержит, в основном, верхнюю пружину 35, рабочие магниты 36 и 37, нижнюю пружину 38 и электромагнитную систему переключения 39. ГТ|М смещении основания верхней пружины 35 (фиг.14 и 16) целесообразна коррекция магнитного сопротивления на обоих рабочих магнитах 36 и 37, прежде всего, в связи с необходимостью короткого времени открытия, коррекция в магните 37. При смещении Основания, нижней пружины 38 уровень усилил в магните 35 при закрытом клапане независим от величины хода и постоянен. Коррекция целесообразна только в магните 37. Конструкция электромагнитной системы переключения 39 (фиг.16 и 17) делает возможным внизу исполнительного механизма компактное соединение с магнитом 37, На фиг.18 изображен вариант выполнения исполнительного механизма с рабочими магнитами 40 и 41, якорем 42, пружинами 43 и 44, коромыслом 45, а также распределительным клапаном 46. Электромагнитная система переключения 47 через штангу 48 приводит в движение магнит 40 и пружину 43. Пружины 43 и 44 с учётом передаточного отношения, имеют половину общей жесткости пружин, колебательной системы.

Формула изобретения 1. Исполнительный механизм электромагнитного действия для перемещения возвратно-поступательно управляющих

элементов.рерколяционных машин, преимущественно для плоских задвижек и подъемных клапанов, состоящий из установленных в корпусе двух рабочих электромагнитов, обеспечивающих возможность перемеще0 ния якоря, связанного с управляющим элементом, в два крайних положения, и пружинной .системы, удерживающей управляющий элемент в промежуточном положении равновесия при отключенных

5 электромагнитах, причем управляющий элемент установлен с возможностью регулировки хода путем изменения положения рабочей поверхности полюса электромагнита и основания, по крайней мере, одной из

0 пружин системы, отличаю щийс я тем, что он снабжен электромагнитной системой переключения для одновременного изменения расстояния между рабочими поверхностями полюсов электромагнитов и5 согласования . положения равновесия пружинной системы с новым положением рабочих поверхностей полюсов путем изменения положения, по крайней мере од- ного основания пружины,

0 2. Механизм электромагнитного действия по л. отличающийся тем, что, по крайней мере, один из рабочих электромаг- . нитов снабжен элементом для изменения магнитного сопротивления его магнитного

5 контура. .

3. Механизм по п п. 1, 2, о т л и ч а ю щийс я тем, что управляющий элемент соединен с приводом через механический передаточный элемент.

0 4. Механизм по п,3, отличающийся тем, что передаточный элемент выполнен в виде коромысла или ведомого рычага.

5.Механизм попп.1-4,отличающи-. и с я тем, что он снабжен замедлителем

5 движения рабочего электромагнита вблизи крайних положений, по крайней мере, в одном из направлений.

6.Механизм по пп.1-4, о т л и ч а ю щийс я тем, что он снабжен замедлителем

0 движения якоря между рабочими электромагнитами вблизи крайних положений.

., 7. Механизм по пп. 1-6, о т л и ч а ю щийс я тем, что он снабжен гидравлическим компенсатором клапанного зазора.

5 8. Механизм по п,7, о тличающий- с я тем, что гидравлический компенсатор клапанного зазора расположен между якорем и управляющим элементом.

9. Механизм по п.7, отличающий- с я тем, что гидравлический компенсатор

клапанного зазора расположен между рабочим электромагнитом, обеспечивающим закрытое положение клапана и корпусом.

10.Механизм по пп.1-9, отличающийся тем, что электромагнитная система переключения снабжена постоянным магнитом для удержания якоря в закрытом положении.

11.Механизм по пп.1-9, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в рабочем электро.магните, обеспечивающем закрытое положение клапана, установлен постоянный магнит,

12.Механизм по пп.1-9, отличающийся тем, что в рабочем электромагните, обеспечивающем открытое положение клапана, установлен постоянный магнит,

13.Механизм по пп.2-12, о т л ич а кз- щи и с я тем, что элемент для изменения магнитного сопротивления контура рабочего электромагнита поджат к корпусу упругим звеном и установлен с возможностью перемещения в направлении, противоположном направлению усилия, развиваемого упругим звеном.

Сущность изобретения: в корпусе установлены два рабочих электромагнита, обеспечивающих возможность перемещения якоря, связанного с управляющим элементом, в два крайних положения. Пружинная система удерживает управляющий элемент в промежуточном положении равновесия при отключенных электромагнитах. Управляющий элемент установлен с возможностью регулировки хода путем изменения положения рабочей поверхности полюса электромагнита и основание пружиной. Исполнительный механизм снабжен электромагнитной системой переключения для одновременного изменения расстояния между рабочими поверхностями полюсов и согласования положения равновесия пружинной системы с новым положением рабочих поверхностей полюсов путем изменения положения основания пружины. 12 з.п.ф-лы, 18 ил.

7 15

#/# 2 Фиг.1

10 11

II 01

01

51 I

81 I

0

21 U

9639Ш

7 181630 фиьб Я. 1°

Фиг.

VL

28

Ч X

Фиг. 5

22

Ј1 гпф

&

ЈЈ

1Ј

01 гпф -т ггт-гт-т-г-,

ГЈ

L Щ

g.

Sf

ZzkZ

9699C81

91 гпф

96S.9E81

ФиИ7

40L

м

&

Ј

У

№ W

&