JP2018066466A - Oscillation and rotation type vane actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は船舶の操舵装置にも応用できる大トルク型の揺動油圧アクチュエータに関する。 The present invention relates to a large-torque oscillating hydraulic actuator that can be applied to a ship steering apparatus.
油圧シリンダは、直線運動アクチュエータとして極めて信頼性が高い。このため揺動回転型アクチュエータの分野でも、シリンダと歯車、シリンダとリンク、などと組み合わせて対応することが少なくない。船舶用操舵機領域は、シリンダとリンクの組み合わせで対処した代表例である。このため広い操舵室を占有しながら、最新の高速操舵応答に対応しきれない。その解決の鍵は、ベーンアクチュエータ構造とシール技術の改善にある。 Hydraulic cylinders are extremely reliable as linear motion actuators. For this reason, even in the field of oscillating and rotating actuators, there are many cases where cylinders and gears, cylinders and links, and the like are combined. The marine vessel steerer area is a representative example of dealing with a combination of a cylinder and a link. For this reason, the latest high-speed steering response cannot be handled while occupying a large wheelhouse. The key to the solution is to improve the vane actuator structure and sealing technology.
図1に示した従来型ベーンアクチュエータの問題点を述べる。図1構造のアクチュエータを使用した場合、遭遇する問題点を説明する。図示のアクチュエータでは内径800mmの円筒ケース1の内面に、固定ベーン4が上下2枚、ボルトで固定されていると共に、外径530mmのロータ5には2枚の揺動ベーン6が備えられており、ケース内部は4部屋に分割されている。ロータ5の揺動で4部屋の体積変動が生ずることが、揺動ベーンアクチュエータの基本動作である。 Problems of the conventional vane actuator shown in FIG. 1 will be described. The problems encountered when using the actuator shown in FIG. 1 will be described. In the illustrated actuator, two
この従来型揺動ベーンアクチュエータの問題点を述べる。第一の問題点は、圧力が加わった際の内径800mmの円筒ケース1の変形である。揺動軸7の中心線から180度対称位置にある作動室に高圧力が作動すると、円筒は楕円形に変形し、その方向も大きさも一定化しない。摺動部の隙間は10ミクロン程度にしたいが、マイナス10〜プラス150ミクロン程度に変化し、通常シールでは対応困難である。 The problems of this conventional swing vane actuator will be described. The first problem is deformation of the cylindrical case 1 having an inner diameter of 800 mm when pressure is applied. When high pressure is applied to the working chamber located 180 degrees symmetrical from the center line of the swing shaft 7, the cylinder is deformed into an elliptical shape, and its direction and size are not fixed. The gap between the sliding parts is desired to be about 10 microns, but changes to about minus 10 to plus 150 microns, which is usually difficult to cope with a seal.
図1のロータベーン6には、金属シールがベーン先端とベーン両側面装着されている。シール形状が不連続なので、複数のシールの組み合わせになっている。別々のシール部品が互いに隣り合う場所は、できる限り接近し、且つできる限り「ギャップ=ゼロ」にする。しかしギャップ部からの作動油漏れにより、シール作用そのものが不安定化し、シール全長にわたる動作不良に陥り、爆発的油漏れに発展しやすい。そうなればアクチュエータ機能はゼロになる。 A metal seal is attached to the vane tip and both side surfaces of the rotor vane 6 in FIG. Since the seal shape is discontinuous, it is a combination of multiple seals. The locations where the separate seal parts are adjacent to each other are as close as possible and “gap = 0” as much as possible. However, due to hydraulic oil leakage from the gap portion, the sealing action itself becomes unstable, resulting in a malfunction over the entire length of the seal, which tends to develop explosive oil leakage. Then the actuator function becomes zero.
従来の揺動ベーン型アクチュエータは、複数のシール部品が接触する部分で油漏れが発生しやすかった。本発明が解決しようとする課題は、単純形状のシールを主なシールにすることで、耐圧性を高めた揺動ベーン型の油圧アクチュエータの実現である。 Conventional oscillating vane actuators are prone to oil leaks where multiple seal parts contact. The problem to be solved by the present invention is to realize an oscillating vane type hydraulic actuator having improved pressure resistance by using a simple seal as a main seal.
この課題を解決するために、本発明ではアクチュエータ本体もシール部品も、できるだけスムーズな形状を持ち、且つ少ない部品で構成できるようにするため、円弧形状を多用した。シール部品は、1ヶ所に対し1部品で完結するようにした。 In order to solve this problem, in the present invention, in order to make the actuator body and the seal part as smooth as possible and to be configured with a small number of parts, an arc shape is frequently used. Seal parts were completed with one part for one place.
シールには、シールそれ自体に働く油圧を利用し、高・低圧境界の流れを遮断している。シール摺動の摩擦損失と、高圧油の漏れ損失との合計が最低になるようにする制御機能がある。このため。シール動作を不安定にするシール周辺の圧力撹乱は禁物である。特にシールが入る溝を伝って圧力油が低圧側に流出せぬように注意する。図2図示のアクチュエータには、その配慮がなされている。 The seal uses hydraulic pressure acting on the seal itself to block the flow at the high and low pressure boundaries. There is a control function that minimizes the sum of the friction loss of seal sliding and the leakage loss of high-pressure oil. For this reason. Pressure disturbance around the seal that makes the seal operation unstable is prohibited. In particular, be careful not to let the pressure oil flow out to the low pressure side through the groove where the seal enters. The actuator shown in FIG. 2 takes this into consideration.
摺動面のシール動作は、摺動面の変形に倣ってシールが変形し、摺動面に隙間が発生せぬように自動補正することにより成立している。代表的シールはピストンリングであるが、円形シリンダとピストン間の隙間補正を、ピストンリングの自動的な寸法補正で行っている。本発明の装置に使用されるシールは、ピストンリングの一部に相当するが、本発明では固定・揺動ベーン先端部に設けるシールが主要シールであり、球面状内面シリンダと、円弧状球面を有するロータ胴体外周面と摺動する。このシールには、円形に精密加工したシールを、所定寸法に切断して使用する。 The sealing operation of the sliding surface is realized by automatically correcting the seal so that the seal is deformed following the deformation of the sliding surface and no gap is generated on the sliding surface. A typical seal is a piston ring, but the clearance between the circular cylinder and the piston is corrected by automatic dimension correction of the piston ring. The seal used in the device of the present invention corresponds to a part of the piston ring, but in the present invention, the seal provided at the tip of the fixed / oscillating vane is the main seal, and includes a spherical inner cylinder and an arcuate spherical surface. It slides on the outer surface of the rotor body. For this seal, a circularly processed seal is cut into a predetermined size and used.
本発明では、近年球面形状部品が広く実用されていて、球面形状を作る加工技術も普及しているので、基幹部品のシリンダを精密な内球面を有し2等分した部品で構成するようにした。圧力が加わる容器が球体になれば、装置全体の容積と重量も最低レベルになり、製造・組立作業や取り扱い作業も容易になろうと考えられる。 In the present invention, spherical shaped parts have been widely used in recent years, and the processing technology for creating spherical shapes has also become widespread. did. If the container to which pressure is applied becomes a sphere, the volume and weight of the entire apparatus will be at the lowest level, and it will be easy to manufacture, assemble and handle.
図2で示すように、メイン部品であるケース51内部は、球面形状空間になっている。作動室容積が同一の従来型と比較すれば、ケース表面積は最小であり、小型化された印象が強くなっている。 As shown in FIG. 2, the inside of the
この球状空間内には、図4で示す2枚のベーン56を備えたロータ55が、ケース51の2ヶ所で軸受支持された軸57により、回転可能状態のもとで支持されている。このロータ55の胴体外周面は、ケース51の球面状内面シリンダとほぼ同一の弧形である。ケース51の内面に固定されている2枚の固定ベーン54と、ロータ側の揺動ベーン56とは、4個の密閉空間を形成し、軸57が回転すると、固定ベーン54先端がロータ55の胴体外周面に沿って摺動し、同様にロータベーン56先端がケース51の球状面に沿って摺動するので、4個の密閉空間の体積はスムーズな増減を行う。その増加側と、減少側とを分別して外部回路に接続させれば、機械的軸回転と、それに伴う流体の流れとの関係が生まれる。In this spherical space, a
図1で示した従来型揺動ベーン型ポンプ・アクチュエータでは、摺動隙間が存在するシールラインが不連続になっていることが問題点である。このためシールを分割配置しており、分割部に隙間ができ漏れ対策もできなかった。ゴムシール部品が研究されたが、耐圧性が不十分で運転圧力を低くしたり、頻繁に現地作業によるシール交換を必要とした。 The conventional oscillating vane pump / actuator shown in FIG. 1 has a problem in that the seal line where the sliding gap exists is discontinuous. For this reason, the seal is divided and a gap is formed in the divided portion, and it is not possible to prevent leakage. Rubber seal parts have been studied, but the pressure resistance is insufficient and the operating pressure has been lowered, and the seals have to be replaced frequently by field work.
これに対し本発明ではシール摺動面は、シリンダの球面と、円弧を軸中心上で回転したロータ55の円筒面である。ここに挿入するシールは、曲率一定の分割無し円弧形状なので、その制作方法は、最初に円形のリンクを作り、それを所定の寸法に切断する。精密加工が容易である。そのために密封性及び耐久性に優れた油圧ポンプ・アクチュエータの製造が可能になる。 On the other hand, in the present invention, the seal sliding surfaces are the spherical surface of the cylinder and the cylindrical surface of the
51 球面状内面シリンダを兼ねているケース
54 固定ベーン
55 ロータ
56 ロータベーン
57 出力用の回転軸51 Case also serving as a spherical
Claims (2)
Priority Applications (1)
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JP2016215648A JP2018066466A (en) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | Oscillation and rotation type vane actuator |
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JP2018066466A true JP2018066466A (en) | 2018-04-26 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113606379A (en) * | 2021-08-02 | 2021-11-05 | 中国农业大学 | Servomotor and pressure fluctuation adjusting valve |
-
2016
- 2016-10-17 JP JP2016215648A patent/JP2018066466A/en active Pending
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