CN1912788A - 一种燃油流量控制线性执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油流量控制线性执行机构，包括驱动装置、线性执行装置、位置反馈装置、限位装置，以及与线性执行装置相连接的油泵齿条连接板组成，驱动装置由伺服电机和减速齿轮箱组成，线性执行装置为滚珠丝杠的传动形式，伺服电机经减速齿轮箱减速后，经线性执行装置将旋转运动转换化为其输出轴的直线运动；位置反馈装置为线性滑动变阻电位器形式，其滑动杆与油泵齿条连接板通过无游隙的球头连接机构连接。该机构驱动装置力矩平稳，推力大，滚珠丝杠的传动形式基本无游隙，运动平稳，精度高，且带自锁功能，稳定性好，不受机械振动、冲击及电源脉动的影响，整个系统线性度好、精度高、响应速度快、可靠性高。

Description

一种燃油流量控制线性执行机构

技术领域：

本发明是关于流量控制机构，尤其关于燃油流量控制线性执行机构。

背景技术：

燃油流量控制机构广泛应用于发动机、燃油锅炉等油量控制领域中，它是实现发动机功率输出和燃油锅炉热量输出自动精确调节的基础，燃油流量控制线性执行机构是燃油流量控制系统的核心部件，其主要性能指标包括油量调节的线性度、响应的快速性和抗外界干扰的能力。目前的燃油流量控制线性执行机构多为螺线管磁力式，主要包括电磁螺线管、弹簧、推力轴、油泵齿条位置反馈装置、限位装置和油泵齿条连接装置等组成，电磁螺线管依次与推力轴、油泵齿条连接装置和油泵齿条相连接，电磁螺线管产生的推力推动推力轴拉动油泵齿条直线运动，推力基本正比于电磁螺线管的驱动电流，推力轴的回复力则由回复弹簧提供，当电磁螺线管中通入不同的驱动电流时，电磁螺线管产生不同的推力，在弹簧回复力的作用下推力轴达到不同的平衡位置，故通过调节电磁螺线管的驱动电流就可以达到调节油泵齿条的位置的目的。

但这种螺线管磁力式执行器存在如下不足之处：

1、一般电磁螺线管产生的推力较小，对燃油泵齿条静摩擦阻力适应性较差，特别是在油泵长时间工作后，由于柱塞的摩擦磨损，齿条静摩擦阻力加大，对燃油泵齿条的推力不足，因而对流量的微小变化不能很好地跟随调节，致使流量变化越来越大，而一旦流量变化大到其电磁力可以克服齿条的静摩擦阻力时，执行机构会突然动作，执行器在调整时易出现跳动(过冲)或振荡，导致油量大幅度波动现象发生，系统可靠性差。

2、由于油泵齿条的位置设定点即平衡点靠弹簧的回复力和电磁力的平衡来保证，当遭受外界振动、冲击干扰时，易导致弹簧振动，进而导致齿条在平衡点附近振动，引起油量波动，并且易导致油泵齿条位置反馈装置在平衡点位置来回反复运动，并且易导致油泵齿条位置反馈装置产生磨损跳点，大大降低执行机构的精度和可靠性。

3、由于电磁螺线管与推力轴、油泵齿条连接装置和油泵齿条、以及齿条反馈装置与油泵齿条连接装置等的连接采用铰链或插销式活动连接方式，该种连接方式均存在一定的游隙，对执行机构的线性和响应的快速性有一定的影响。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种燃油流量线性执行机构，解决现有执行机构调节波动大、线性度差、易受外界干扰和可靠性差的技术问题。

本发明的目的是通过以下的技术方案来解决的：

一种燃油流量控制线性执行机构，包括驱动装置、线性执行装置、位置反馈装置、限位装置，以及与线性执行装置相连接的油泵齿条连接板组成，所述的驱动装置与线性执行装置相连接，再驱动油泵齿条连接板带动油泵齿条直线运动，所述的驱动装置由伺服电机和减速齿轮箱组成，所述的线性执行装置为滚珠丝杠的传动形式，伺服电机输出轴经减速齿轮箱减速后，经线性执行装置将旋转运动转换化为其输出轴的直线运动。

上述的燃油流量控制线性执行机构，其驱动装置采用伺服电机经减速齿轮箱减速后推动线性执行装置运动，伺服电机力矩特性平稳，经减速齿轮箱减速后，推力大且平稳，可达2000N以上，能够轻松克服油泵齿条静摩擦阻力的影响。线性执行装置采用滚珠丝杠传动形式，将旋转运动转换为直线运动，滚珠丝杠基本无游隙，运动平稳，运动精度高，且带自锁功能，稳定性好，伺服电机停转，执行器就自锁在固定的位置，不受机械振动、冲击及电源脉动的影响，系统线性度好，可靠性高。

上述的燃油流量控制线性执行机构，其位置反馈装置为线性滑动变阻电位器形式，其滑动杆与油泵齿条连接板通过无游隙的球头连接机构连接。线性滑动变阻电位器形式的位置反馈装置结构简单，工作可靠。滑动杆与油泵齿条连接板之间用球头连接机构进行连接，消除了游隙，提高了位置反馈的响应快速性和线性度。

上述的燃油流量控制线性执行机构，线性滑动变阻电位器采用线性导电塑料电位器。其精度高、寿命长。

上述的燃油流量控制线性执行机构，伺服电机为直流伺服电机。其力矩稳定、响应迅速。

上述的燃油流量控制线性执行机构，其限位装置由磁性限位杆、内极限接近开关、外极限接近开关组成，磁性限位杆与油泵齿条连接板无游隙地连接，内极限接近开关和外极限接近开关均为磁性干簧管式。其结构简单，响应速度快，且线性度好，不易受外界干扰。

上述的燃油流量控制线性执行机构，在内极限接近开关和外极限接近开关的常闭触点的反向并联了二极管，并与伺服电机的供电回路串联连接。这样当油泵齿条运动到内、外极限位置停止运动后，根据需要能自动控制电流的反向，使电机反向运转，从而使油泵齿条离开极限位置，恢复正常工作，使限位保护完善可靠。

上述的燃油流量控制线性执行机构，其伺服电机和减速齿轮箱采用涡轮蜗杆的传动方式连接，这种连接方式可以使伺服电机和减速齿轮箱垂直布置，减小装置的长度，使其结构紧凑。

上述的燃油流量控制线性执行机构，减速齿轮箱采用行星齿轮减速机构，减速比大。

总之，本发明具有下列优点：

1、驱动装置推力大且平稳，能够轻松克服油泵长时间工作后，齿条静摩擦阻力加大，推力不足时，执行器在调整时易出现油量大幅度波动现象发生、系统可靠性差的问题。

2、系统运动平稳，控制精度高，稳定性好，抗外界机械振动、冲击及电源脉动干扰的能力强。

3、消除了传动部分游隙的影响，系统线性度好，响应快速，可靠性高。

附图说明：

图1是本发明的立体结构图。

图2是本发明的正面视图，但已去除了前罩壳。

图3是图2的俯视图。

具体实施方式：

如图1、图2、图3所示，本发明主要由伺服电机11、减速齿轮箱1、线性执行装置10、位置反馈装置3、限位装置和油泵齿条连接板6组成，伺服电机11和减速齿轮箱1构成了整个燃油流量控制线性执行机构的驱动装置，伺服电机11一般采用直流伺服电机，其转速高、响应速度快，伺服电机输出轴与减速齿轮箱1相连接，输出轴减速后增大了扭矩，可以克服较大的推力阻力。为便于布置，减小整个装置的空间尺寸，特别是长度方向的尺寸，伺服电机11和减速齿轮箱1可以垂直布置，之间采用涡轮蜗杆方式传动。当然，若尺寸不受限也可以呈直线方式布置，采用直接传动。由于小型直流伺服电机转速较高，可能达到成百上千转，而执行机构的运动速度较慢，因而对减速比有一定的要求，减速齿轮箱1常采用行星齿轮减速。一般，在伺服电机11输出端也可以自带一个减速机构12，来达到两级减速的目的。

线性执行装置10与减速齿轮箱1的输出相连接，线性执行装置10用于将减速齿轮箱1输出的旋转运动转化为直线运动，再通过油泵齿条连接板6带动油泵齿条8运动，线性执行装置10采用滚珠丝杠的传动形式，这种传动方式工作平稳，连接方式基本无游隙，运动精度高，且带自锁功能，稳定性好，伺服电机停转，执行器就自锁在固定的位置，不受机械振动、冲击及电源脉动的影响，系统线性度好，可靠性高。线性执行装置10的输出轴7与油泵齿条连接板6固定连接，油泵齿条8与油泵齿条连接板6也固定连接，这样整个传递过程中，连接方式基本无游隙，从而可以提高响应速度和控制的线性度，增加控制精度。当然，线性执行装置10的输出轴7与油泵齿条连接板6、油泵齿条8与油泵齿条连接板6的连接方式也可以采用无游隙的球头连接或万向连接等方式，油泵齿条连接板6是一块三角形的板，起过渡连接的作用，可以采用重量较轻的铝质板。

位置反馈装置3为线性滑动变阻电位器形式，其滑动杆4与油泵齿条连接板6通过无游隙的球头连接机构5连接当然也可以采用万向连接等无游隙的其他连接方式，球头连接机构5完全消除了位置反馈装置3和油泵齿条连接板6之间的连接游隙，并且能补偿装配误差所造成的线性滑动变阻电位器的滑动杆4与滚珠丝杠线性执行器输出轴7之间的平行度偏差，若平行度能保证也可以采用固定连接方式。当油泵齿条连接板6运动时，线性滑动变阻电位器的滑动触点跟随滑动，改变了滑动触点的输出电阻，从而实现了位置反馈测量，线性滑动变阻电位器形式的位置反馈装置结构简单，工作可靠。线性滑动变阻电位器一般采用线性导电塑料电位器，其精度高、寿命长。如果对反馈装置的寿命及调节性能等参数要求较高，也可以采取无触点的位置反馈装置。

限位装置用于对油泵齿条的最大和最小位置进行限位，即控制油泵的最大和最小流量，当油泵齿条8运动到极限位置时，燃油流量控制线性执行机构自动停止动作。限位装置由磁性限位杆9、内极限接近开关16即最大油量控制开关、外极限接近开关13即最小油量控制开关组成，磁性限位杆9与油泵齿条连接板6无游隙地连接，常采用固定连接方式，内极限接近开关16和外极限接近开关13均为磁性干簧管式，当磁性限位杆9运动到内、外极限接近开关16、13位置时，直流伺服电机11停止运动。为防止执行机构在极限位置卡死，在内、外极限接近开关16、13的常闭触点的反向并联了二极管15、14，再将其串联接入伺服电机11的供电回路，自动控制直流伺服电机11反转，使油泵齿条8离开极限位置，恢复正常工作，这样限位保护更加完善可靠。以上限位装置结构简单，响应速度快，且线性度好，不易受外界干扰。当然，限位装置也可以采用磁性开关和光电开关等其他的方式，总之只要达到限位保护的功能即可。

当然，要实现燃油流量的自动线性控制功能，还需要控制单元、电气接线盒2等部件，电气接线盒2实现伺服电机11、位置反馈装置3、限位装置等电气连接集中输出，控制单元用于对整个执行机构进行控制。

在线性执行机构的外面还设置有一个封闭的罩壳，防止灰尘、油污进入，影响运行的精度和可靠性。

本发明的燃油流量控制线性执行机构结构简单、紧凑，线性度好，控制精度高，响应速度快，推力大，系统可靠性好。

本发明还可以变换成其他的形式，如变换连接方式、变换传动形式等，但只要采用了伺服电机+减速齿轮箱+滚珠丝杠传动形式的线性执行装置，都将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种燃油流量控制线性执行机构，包括驱动装置、线性执行装置(10)、位置反馈装置(3)、限位装置，以及与线性执行装置(10)相连接的油泵齿条连接板(6)组成，所述的驱动装置与线性执行装置(10)相连接，再驱动油泵齿条连接板(6)带动油泵齿条(8)直线运动，其特征在于：所述的驱动装置由伺服电机(11)和减速齿轮箱(1)组成，所述的线性执行装置(10)为滚珠丝杠的传动形式，伺服电机(11)输出轴经减速齿轮箱(1)减速后，经线性执行装置(10)将旋转运动转换化为其输出轴(7)的直线运动。

2、根据权利要求1所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的位置反馈装置(3)为线性滑动变阻电位器形式，其滑动杆(4)与油泵齿条连接板(6)通过无游隙的球头连接机构(5)连接。

3、根据权利要求2所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的线性滑动变阻电位器为线性滑动导电塑料电位器。

4、根据权利要求1至3中任何一项所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的伺服电机(11)为直流伺服电机。

5、根据权利要求1至3中任何一项所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的限位装置由磁性限位杆(9)、内极限接近开关(16)、外极限接近开关(13)组成，磁性限位杆(9)与油泵齿条连接板(6)无游隙地连接，内极限接近开关(16)和外极限接近开关(13)均为磁性干簧管式。

6、根据权利要求4所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的限位装置由磁性限位杆(9)、内极限接近开关(16)、外极限接近开关(13)组成，磁性限位杆(9)与油泵齿条连接板(6)无游隙地连接，内极限接近开关(16)和外极限接近开关(13)均为磁性干簧管式。

7、根据权利要求6所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：在所述的内极限接近开关(16)和外极限接近开关(13)的常闭触点的反向均并联了二极管(15，14)，并与伺服电机(11)的供电回路串联连接。

8、根据权利要求1至3中任何一项所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的伺服电机(11)和减速齿轮箱(1)采用涡轮蜗杆的传动方式连接。

9、根据权利要求1至3中任何一项所述的燃油流量控制线性执行机构，其特征在于：所述的减速齿轮箱(1)采用行星齿轮减速机构。

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