CN114810363B - 一种电液调速器电磁伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电液调速器电磁伺服机构，包括连接座、阀套、先导阀柱塞，先导阀柱塞设有凸肩并与阀套的缺口组成控制窗口，安装在先导阀柱塞内部的压力调节阀及节流螺塞，固定在连接座上的电磁线圈组件，扭力弹簧板和力矩马达梁，固定在力矩马达梁上的喷嘴挡板、安装在力矩马达梁两端的复位弹簧和水平调节弹簧、以及安装在连接座的反馈杠杆机构。连接座上设有供给压力油孔、伺服控制压力油孔、油池油孔、以及连接螺纹孔。该机构通过改变电磁线圈电流大小，引起铁芯的扭转，使力矩马达梁端部的喷嘴挡板运动，先导阀柱塞跟随喷嘴挡板运动，从而打开控制窗口，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通或使伺服控制压力油孔与油池油孔接通。

Description

一种电液调速器电磁伺服机构

技术领域

本发明涉及柴油发动机的调速器领域，具体涉及电液调速器电磁伺服机构。

背景技术

调速器是柴油机的一个转速控制机构。柴油机在一定的转速下稳定运行的条件是输出的功率必须与外界负荷相平衡，而外界负荷的变化必将引起柴油机转速的相应变化。柴油机的输出功率直接与喷油泵送入气缸的燃油量有关；如果喷油泵供油量保持不变，那么外界负荷减小时转速就会升高；外界负荷增加时，转速就会降低。调速器的作用是当柴油机转速降低时自动增加喷油泵的供油量；转速升高时自动减少喷油泵的供油量，使喷油泵的供油量始终与外界负荷相适应，从而来保证柴油机的稳定运行。电液调速器相对于机械式调速器具有更优异的性能，现有部分电液调速器其工作原理为通过飞块旋转产生的离心力调整滑阀升降的控制窗口的打开来实现压力油从动力活塞的流入或流出，由于飞块旋转的离心力在平衡弹簧作用力的过程中，即在调整滑阀偶件控制窗口开闭的过程中易出现动作往复，造成动力活塞内的压力油反复流入或流出，表现为调速器输出轴的抖动，造成柴油机转速的波动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电液调速器电磁伺服机构，用于电液调速器的电子控制，通过直接控制压力油流入或流出调速器动力活塞油腔，使调速器对柴油机油门拉杆的控制更加稳定。

本发明的技术方案如下：

一种电液调速器电磁伺服机构，其包括连接座、阀套、先导阀柱塞、喷嘴挡板系统、电磁线圈组件、 扭力弹簧板、力矩马达梁和反馈杠杆机构。

所述阀套装配在连接座内孔中，在阀套内安装先导阀柱塞，先导阀柱塞设有凸肩并与阀套的缺口组成控制窗口，所述连接座上设有供给压力油孔、伺服控制压力油孔、油池油孔，通过控制窗口向上打开或向下打开，可以使伺服控制压力油孔分别与供给压力油孔接通或与油池接通。

先导阀柱塞顶部设有喷嘴，上方设置喷嘴挡板，液压油通过供给压力油孔进入先导阀柱塞内孔经压力调节机构进入先导阀柱塞调节并控制压力，从先导阀柱塞顶部喷嘴经喷嘴挡板与先导阀柱塞之间的间隙喷出。

所述压力调节机构包括压力调节阀及节流螺塞，用于将进入内孔的压力油油压降至所需的调节压力以及对先导阀柱塞内的压力油进行节流控制，液压油通过先导阀柱塞内孔经压力调节阀进入先导阀柱塞下腔，再通过节流螺塞进入先导阀柱塞上腔，再从先导阀柱塞顶部喷嘴喷出，所述先导阀柱塞上腔受压面积大于下腔受压面积。先导阀柱塞上下腔(如图3所示)及先导阀柱塞内的控制油经压力调节阀的流入量和喷嘴口流出量保持平衡，由于先导阀柱塞上腔受压面积大于下腔受压面积，要使先导阀柱塞控制窗口处于关闭的稳定状态，则需要柱塞上腔与柱塞下腔的压力相等，因此需通过先导阀柱塞喷嘴的流量保证该压力相等，从而使先导阀柱塞保持稳定。所述电磁线圈组件通过螺钉固定在连接座上，紧固螺钉穿过扭力弹簧板中孔与铁芯固定在一起。铁芯安装在电磁线圈组件内并位于电磁感应线圈的电磁场中，力矩马达梁位于铁芯下方，力矩马达梁由扭力板弹簧悬空挂起，使其能够围绕扭力弹簧的中心做小幅度扭转，但不能平移，力矩马达梁的两端分别连接复位弹簧、水平调节弹簧，以与电磁线圈对铁芯的力矩之间保持平衡.

所述力矩马达梁在复位弹簧、水平调节弹簧和电磁线圈对铁芯的力矩之间保持平衡，当该电磁调速伺服机构处于稳定状态时，先导阀保持居中，调速活塞内油压保持稳定，调速系统处于静止状态。

所述先导阀柱塞跟随喷嘴挡板运动，从而打开控制窗口，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通或使伺服控制压力油孔与油池油孔接通。所述先导阀柱塞顶部的喷嘴上方设置喷嘴挡板，喷嘴挡板固定在力矩马达梁的一端部，挡板喷嘴系统是一个液压放大器。

电磁伺服机构通过改变电磁线圈的电流大小，从而引起铁芯的扭转，使力矩马达梁端部的喷嘴挡板向上或向下运动。

当喷嘴挡板向上移动使其与先导阀柱塞的距离增大时，通过喷嘴的液压油流量增大，先导阀柱塞上腔的压力先于下腔的压力降低，此时下腔的力大于上腔的力，从而推动先导阀柱塞向上移动，控制窗口向上打开(如图5所示)，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通，液压油流入动力活塞底部(如图7所示)。同时，先导阀柱塞的上移又使喷嘴和喷嘴挡板距离减小，喷嘴流量减小，由于有节流螺塞,柱塞上腔的压力比柱塞下腔的压力先上升，短时间内先导阀柱塞上下端面产生的压力差使其向下移动。直到上下端面的压力差消除，控制窗口重新关闭，调速过程结束，该电磁调速伺服机构重新回到稳定状态。

反之，当喷嘴挡板向下运动使其与先导阀柱塞的距离减小时，通过喷嘴的液压油流量减小，柱塞上腔(图3所示)压力增大，所以有先导阀柱塞上腔的力大于下腔的力，从而推动先导阀柱塞向下移动，控制窗口向下打开(如图6所示)，使伺服控制压力油孔与油池接通，动力活塞底部压力油流出至油池(如图7所示)。同时，先导阀柱塞的下移又使喷嘴和喷嘴挡板距离增大，喷嘴流量增大，由于有节流螺塞,柱塞上腔的压力比柱塞下腔的压力先下降，短时间内先导阀柱塞上下端面产生的压力差使其向上移动。直到上下端面的压力差消除，控制窗口重新关闭，调速过程结束，该电磁调速伺服机构重新回到稳定状态。

所述反馈杠杆机构安装在连接座上，其一端与动力活塞相连，另一端作用于复位弹簧，对复位弹簧形成加载或卸载。

本发明有益的技术效果：

由于电磁调速伺服机构设计了两套功能系统，即由一组电磁感应线圈、一个铁芯、一个扭力弹簧和力矩马达梁等组成的力矩马达系统，由喷嘴挡板、先导阀柱塞、阀套等组成的挡板喷嘴系统，通过改变电磁线圈的电流大小，从而引起铁芯的扭转，使力矩马达梁端部的喷嘴挡板运动，先导阀柱塞跟随喷嘴挡板运动，从而打开控制窗口，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通或使伺服控制压力油孔与油池油孔接通，从而可以实现调速器的电子控制。

本发明的结构运用液压喷射技术，利用磁力线圈电流变化控制从而改变喷嘴所产生的压力差，从而达到先导阀柱塞提升或下降的目的，从而使控制窗口打开或关闭，最终控制液压油直接进入或流出动力活塞使调速器控制柴油机油门拉杆；有别于现有的部分液压调速器通过飞块旋转产生离心力控制滑阀升降从而启闭控制窗口以使调速器对柴油机油门拉杆进行控制的方法。本结构达到的电子控制效果使调速器动作灵敏，控制精度高，动作更稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是本发明的结构示意图之二；

图4是扭力弹簧板结构示意图。

图5是本发明的控制窗口工作过程之一；

图6是本发明的控制窗口工作过程之二；

图7是本发明的控制原理图（局部）；

图8是本发明的控制原理图。

图中：1、电磁线圈组件，2、连接座 ，3、节流螺塞，4、控制窗口，5、压力调节阀， 6、反馈杠杆机构， 7、复位弹簧，8、喷嘴挡板组件，9、先导阀柱塞，10、阀套，11、扭力弹簧板，11-1、薄壁，12、电磁铁芯， 13、力矩马达梁，14、水平调节弹簧，15、上腔，16、下腔，17、喷嘴。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。

参见图1、图2和图3，电液调速器伺服机构包括连接座2、阀套10、先导阀柱塞9、喷嘴挡板8、电磁线圈组件1、 扭力弹簧板11、力矩马达梁13、反馈杠杆机构6，它们主要构成两个功能系统：力矩马达系统、挡板喷嘴系统。

力矩马达系统主要由电磁感应线圈组件1、力矩马达梁13、 扭力弹簧板11等部件组成。电磁感应线圈组件1安装在连接座2上。力矩马达梁13上方装有电磁铁芯12，铁芯12位于电磁线圈组件1的电磁场中。紧定螺钉穿过扭力弹簧板11与铁芯12固定，力矩马达梁13本身通过螺钉由扭力弹簧板11悬空挂起，并通过安装螺钉将扭力弹簧板11与铁芯12、线圈组件1、连接座2装配在一起。这使力矩马达梁13能够围绕扭力弹簧板11的中心做小幅度扭转，但不能平移。力矩马达梁13的两端分别连接有复位弹簧7和水平调节弹簧14，在复位弹簧7、水平调节弹簧14和电磁线圈组件1的电磁力矩之间保持平衡。力矩马达梁13的一端部固定喷嘴挡板8。

其中，所述扭力弹簧板11的结构参见图4，其设有薄壁11-1作为扭转部位，通过薄壁的扭转变形产生扭转力。

挡板喷嘴系统包括阀套10、先导阀柱塞9和喷嘴挡板8等部件，阀套10装配在连接座2的内孔中，在阀套10内安装先导阀柱塞9，先导阀柱塞9设有凸肩并与阀套的缺口组成控制窗口。连接座2上设有供给压力油孔A、伺服控制压力油孔B、油池油孔C，通过控制窗口向上打开或向下打开，可以使伺服控制压力油孔B分别与供给压力油孔A接通或与油池油孔C接通。

先导阀柱塞9设有通往顶部的内孔，在顶部设有喷嘴17，在先导阀柱塞9的内孔下部安装有压力调节阀5，上部安装有节流螺塞3。液压油通过先导阀柱塞内孔经压力调节阀5进入先导阀柱塞下腔16，再通过节流螺塞3进入先导阀柱塞上腔15，再从先导阀柱塞9顶部喷嘴17喷出，所述先导阀柱塞的上腔15受压面积大于下腔16受压面积。先导阀柱塞上下腔(如图3所示)及先导阀柱塞9内的控制油经压力调节阀5的流入量和喷嘴口流出量保持平衡，由于先导阀柱塞9上腔受压面积大于下腔受压面积，要使先导阀柱塞9控制窗口处于关闭的稳定状态，则需要柱塞上腔与柱塞下腔的压力相等，因此需通过先导阀柱塞9喷嘴的流量保证该压力相等，从而使先导阀柱塞9保持稳定。在连接座2上还安装有反馈杠杆机构6，其一端与电液调速器的动力活塞相连，另一端作用于复位弹簧7，对复位弹簧7形成加载或卸载。

本机构的控制原理参见图5、图6、图7和图8:

当系统处于稳定状态时，挡板喷嘴系统的先导阀柱塞9保持居中，控制窗口4关闭，油道内无压力油流动，油压保持稳定，调速系统处于静止状态。

当改变线圈电流时，电磁铁芯12的力矩量也随之改变，进而改变力矩马达梁13的扭矩。这一过程将改变力矩马达梁13和先导阀柱塞9之间的间隙，导致先导阀柱塞9跟着力矩马达梁13而移动，控制窗口打开，从而使液压油流向动力活塞缸压力油腔或从中流出，使动力活塞向上或下下运动，从而使调速器控制柴油机增加转速或降低转速。由此引起的动力活塞位置改变将导致与动力活塞相连的反馈杠杆机构6加载或卸载复位弹簧7，从而恢复力矩马达梁13在新的电流强度上平衡。力矩马达梁13恢复到原来位置，力矩马达梁13和先导阀柱塞9之间的间隙也将恢复到原来的大小，从而先导阀柱塞9回到中心位置，重新回到稳定位置，控制窗口重新关闭4。

挡板喷嘴系统是一个液压放大器，可通过先导阀将力矩马达梁13的位置转换为先导阀柱塞9的位置，从而对控制窗口4进行开闭动作。具体是：

先将压力油通过油泵齿轮供应至先导阀内部，再通过压力调节阀5将油压降至所需的调节压力。调节后的油流随后流向控制区底部，然后通过节流螺塞到达面积更大的同一控制区的顶部。与此同时，先导阀控制压力油通过喷嘴并喷向力矩马达梁端部的喷嘴挡板的底部，改变力矩马达梁的位置。

这些液压和动力制件的平衡将决定先导阀柱塞在阀套中的位置，并使先导阀柱塞随着力矩马达梁的位置改变而改变。电磁伺服机构通过改变电磁线圈1的电流大小，从而引起铁芯12的扭转，使力矩马达梁13端部的喷嘴挡板8向上或向下运动。

当喷嘴挡板8向上移动使其与先导阀柱塞9的距离增大时，通过喷嘴的液压油流量增大，先导阀柱塞9上腔的压力先于下腔的压力降低，此时下腔的力大于上腔的力，从而推动先导阀柱塞9向上移动，控制窗口4向上打开(如图5所示)，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通，液压油流入动力活塞底部(如图7所示)。同时，先导阀柱塞9的上移又使喷嘴和喷嘴挡板8距离减小，喷嘴流量减小，由于有节流螺塞3,柱塞上腔的压力比柱塞下腔的压力先上升，短时间内先导阀柱塞9上下端面产生的压力差使其向下移动。直到上下端面的压力差消除，控制窗口重新关闭，调速过程结束，该电磁调速伺服机构重新回到稳定状态。

反之，当喷嘴挡板8向下运动使其与先导阀柱塞9的距离减小时，通过喷嘴的液压油流量减小，柱塞上腔(图3所示)压力增大，所以有先导阀柱塞9上腔的力大于下腔的力，从而推动先导阀柱塞9向下移动，控制窗口4向下打开(如图6所示)，使伺服控制压力油孔与油池接通，动力活塞底部压力油流出至油池(如图7所示)。同时，先导阀柱塞9的下移又使喷嘴和喷嘴挡板8距离增大，喷嘴流量增大，由于有节流螺塞3,柱塞上腔的压力比柱塞下腔的压力先下降，短时间内先导阀柱塞9上下端面产生的压力差使其向上移动。直到上下端面的压力差消除，控制窗口重新关闭，调速过程结束，该电磁调速伺服机构重新回到稳定状态。

为了使先导阀柱塞稳定在阀套的中心位置，可借助中心调整的方法，即调整喷嘴挡板高度尺寸L2来调整喷嘴挡板8(连同力矩马达梁)与先导阀柱塞9顶部的喷嘴之间的间隙。并可以通过改变水平调节弹簧14预先压缩量L1来调整工作电流范围，即水平调节弹簧14压缩量越大(L1越小)，克服该力所需的电流越大，及工作电流越大；反之水平调节弹簧14压缩量越小(L1越大)，克服该力所需的电流越小，即工作电流越小。

先导阀柱塞的控制区在底部调节压力及顶部的先导阀柱塞控制压力之间处于平衡，可对力矩马达梁13的位置进行液压放大。这样可以准确定位先导阀柱塞9在阀套10中的位置，从而保证控制窗口4可以准确的打开或关闭。

可见，该电磁伺服机构通过改变电磁线圈1的电流大小，从而引起电磁铁芯12的扭转，使力矩马达梁13最右端的喷嘴挡板8运动，先导阀柱塞9跟随喷嘴挡板8运动，从而打开控制窗口4，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通或使伺服控制压力油孔与油池油孔接通，即可以实现调速器的电子控制功能。

Claims (5)

1.一种电液调速器电磁伺服机构，其特征在于：包括连接座(2)、阀套(10)、先导阀柱塞(9)、喷嘴挡板（8）、电磁线圈组件(1)、 扭力弹簧板(11)、力矩马达梁(13)和反馈杠杆机构(6)；

所述阀套(10)装配在连接座(2)内孔中，在阀套(10)内安装先导阀柱塞(9)，先导阀柱塞(9)设有凸肩并与阀套的缺口组成控制窗口，所述连接座(2)上设有供给压力油孔、伺服控制压力油孔、油池油孔，通过控制窗口向上打开或向下打开，使伺服控制压力油孔分别与供给压力油孔接通或与油池接通；先导阀柱塞(9)顶部设有喷嘴，上方设置喷嘴挡板(8)，之间留有间隙；先导阀柱塞(9)内孔中设置有压力调节机构，液压油通过供给压力油孔进入先导阀柱塞内孔经压力调节机构调节后从先导阀柱塞(9)顶部喷嘴经喷嘴挡板(8)与先导阀柱塞(9)之间的间隙喷出；

所述电磁线圈组件(1)固定在连接座(2)上，铁芯(12)位于电磁感应线圈(1)的电磁场中，扭力弹簧板(11)与铁芯(12)固定在一起，力矩马达梁(13)位于铁芯(12)下方，并由扭力板弹簧(11)悬空挂起，使其能够围绕扭力弹簧的中心做小幅度扭转，但不能平移，力矩马达梁(13)的两端分别连接复位弹簧(7)、水平调节弹簧(14)，以与电磁线圈(1)对铁芯(12)的力矩之间保持平衡；力矩马达梁(13)的端部固定所述喷嘴挡板(8)

所述反馈杠杆机构(6)安装在连接座(2)上，其一端与调速器的动力活塞相连，另一端作用于复位弹簧（7），对复位弹簧（7）形成加载或卸载。

2.根据权利要求1所述的电液调速器电磁伺服机构，其特征在于：所述力矩马达梁(13)在复位弹簧(7)、水平调节弹簧(14)和电磁线圈(1)对铁芯(12)的力矩之间保持平衡，当电磁伺服机构改变电磁线圈（1）的电流大小，从而引起铁芯（12）的扭转，使力矩马达梁（13）端部的喷嘴挡板（8）运动，先导阀柱塞（9）跟随喷嘴挡板（8）运动，从而打开控制窗口，使供给压力油孔与伺服控制压力油孔接通或使伺服控制压力油孔与油池油孔接通，从而实现对电液调速器的调整控制。

3.根据权利要求1或2所述的电液调速器电磁伺服机构，其特征在于：所述压力调节机构包括压力调节阀(5)及节流螺塞(3)，用于将进入内孔的压力油油压降至所需的调节压力以及对先导阀柱塞(9)内的压力油进行节流控制，液压油通过先导阀柱塞内孔经压力调节阀(5)进入先导阀柱塞下腔，再通过节流螺塞(3)进入先导阀柱塞上腔，再从先导阀柱塞(9)顶部喷嘴喷出，所述先导阀柱塞(9)上腔受压面积大于下腔受压面积。

4.根据权利要求3所述的电液调速器电磁伺服机构，其特征在于：所述扭力弹簧板(11)设有薄壁，并通过薄壁的扭转变形产生扭转力。

5.根据权利要求3所述的电液调速器电磁伺服机构，其特征在于：所述扭力弹簧板(11)通过紧固螺钉与铁芯(12)及电磁线圈组件(1)固定在一起。

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