PL240088B1

PL240088B1 - Hydraulic stepping motor

Info

Publication number: PL240088B1
Application number: PL422189A
Authority: PL
Inventors: Waldemar Tadeusz Okos
Original assignee: Waldemar Tadeusz Okos
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2022-02-14
Also published as: PL422189A1

Description

PL 240 088 B1PL 240 088 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest hydrauliczny silnik krokowy, przeznaczony głównie do sterowania elementów maszyn roboczych i pojazdów.The subject of the invention is a hydraulic stepper motor intended mainly for controlling elements of working machines and vehicles.

Znane są z podręcznika akademickiego Stefana Stryczka „Napęd hydrostatyczny. Tom I. Elementy”, rozdział 4; wydanie czwarte; (WNT Warszawa 2014) silniki wyporowe, zwane też powszechnie silnikami hydraulicznymi, posiadające mechanizm roboczy, rozrząd, wał roboczy oraz porty hydrauliczne umożliwiające zasilanie i obiór czynnika roboczego. Zadaniem silnika hydraulicznego jest zamiana w mechanizmie roboczym energii ciśnienia, zakumulowanej w doprowadzonym do niego czynniku roboczym, którym zazwyczaj jest olej hydrauliczny, na energię mechaniczną ruchu obrotowego wału roboczego. Mechanizm roboczy może występować w różnych wykonaniach konstrukcyjnych na przykład jako obiegowy, krzywkowy, gerotorowy, gerolerowy, planetarny, satelitowy, tłoczkowy i inne. Zadaniem rozrządu jest doprowadzenie i odprowadzenie czynnika roboczego do i z mechanizmu roboczego w określonej kolejności podczas pracy silnika. Praca rozrządu jest tak zsynchronizowana z obrotami wału roboczego (co wynika z konstrukcji mechanicznej i nie podlega regulacji), że jego obroty wywołują odpowiednie łączenie mechanizmu roboczego z portami hydraulicznymi silnika co w konsekwencji wywołuje dalszy obrót wału roboczego. Konsekwencją tego sprzężenia jest ciągły ruch obrotowy wału roboczego silnika w przypadku ciągłego zasilania czynnikiem roboczym.They are known from the academic textbook by Stefan Stryczek "Hydrostatic drive. Volume I. Elements ”, chapter 4; fourth edition; (WNT Warszawa 2014) displacement motors, also commonly known as hydraulic motors, with a working mechanism, timing gear, working shaft and hydraulic ports enabling the supply and collection of the working medium. The task of the hydraulic motor is to convert in the operating mechanism the pressure energy accumulated in the working medium supplied to it, which is usually hydraulic oil, into the mechanical energy of the rotational movement of the working shaft. The operating mechanism may be in various constructional embodiments, for example as revolving, cam, gerotor, geroler, planetary, satellite, piston, and others. The task of the timing is to bring and discharge the working medium to and from the working mechanism in a specific sequence during engine operation. The timing operation is so synchronized with the rotation of the working shaft (which results from the mechanical design and is not adjustable) that its rotation causes the working mechanism to connect properly with the hydraulic ports of the engine, which in turn causes further rotation of the working shaft. The consequence of this coupling is the continuous rotational movement of the engine's working shaft in the case of a continuous supply of the working medium.

Regulacja prędkości obrotowej silnika z rozrządem zależnym (rozrząd jest częścią wału roboczego lub praca rozrządu jest konsekwencją pracy mechanizmu roboczego i wynika z mechanicznej konstrukcji silnika) może odbywać się wyłącznie poprzez regulację objętości czynnika roboczego przepływającego w czasie przez silnik i zawarta jest zazwyczaj w przedziale 50...500 [obr/min]. Silnik tego typu nie może wykonywać pojedynczych kroków wynikających z pojedynczych przełączeń przez rozrząd aktywnych części mechanizmu roboczego.Regulation of the engine speed with dependent timing (timing is part of the operating shaft or timing operation is a consequence of the working mechanism and results from the mechanical structure of the engine) can only take place by adjusting the volume of the working medium flowing through the engine in time and is usually within the range of 50. .500 [rev / min]. This type of engine cannot perform single steps resulting from single changes through the timing of active parts of the working mechanism.

Znany jest też silnik elektryczny krokowy, który zasilany impulsami elektrycznymi podawanymi w odpowiedniej kolejności na uzwojenia stojana obraca się nie ruchem ciągłym, lecz skokowo o ustalony kąt. Jego prędkość obrotowa uzależniona jest od częstotliwości dostarczonych impulsów elektrycznych i zawarta jest w przedziale od ułamka obrotu na minutę do kilkuset obrotów na minutę.A stepper electric motor is also known, which, when powered by electric pulses fed in a proper sequence to the stator windings, rotates not continuously, but in steps by a predetermined angle. Its rotational speed depends on the frequency of the supplied electrical impulses and ranges from a fraction of a revolution per minute to several hundred revolutions per minute.

Znany jest z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2010287909 hydrauliczny silnik krokowy zawierający trzy porty hydrauliczne, każdy z nich połączony z tłokiem, który jest uruchamiany pomiędzy konfiguracją sprężania i rozprężania.There is known from US patent application US2010287909 a hydraulic stepper motor comprising three hydraulic ports, each connected to a piston which is actuated between a compression and expansion configuration.

Celem wynalazku jest zbudowanie takiego silnika hydraulicznego, który łączyłby zalety silnika hydraulicznego dowolnej znanej konstrukcji z zaletami silnika elektrycznego krokowego, to znaczy przy zachowaniu wysokich parametrów mocy i momentu obrotowego posiadałby możliwość elastycznej regulacji prędkości obrotowej od ułamka do kilkuset obrotów na minutę.The aim of the invention is to build such a hydraulic motor that would combine the advantages of a hydraulic motor of any known structure with the advantages of a stepper electric motor, i.e. while maintaining high power and torque parameters, it would have the possibility of flexible adjustment of the rotational speed from a fraction to several hundred revolutions per minute.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest to, że rozrząd jest osadzony na wale rozrządu, niezależnym od wału roboczego z osadzonym na nim mechanizmem roboczym i rozrząd posiada napęd niezależny od mechanizmu roboczego.The essence of the solution according to the invention is that the timing gear is mounted on the camshaft, independent of the operating shaft with the operating mechanism mounted thereon, and the timing gear has a drive independent of the operating mechanism.

Korzystne jest, że wał rozrządu jest połączony z osadzonym na nim napędem, którym jest elektryczny silnik krokowy.It is preferred that the camshaft is connected to a drive mounted thereon, which is an electric stepper motor.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania pokazany jest w widoku na rysunku, który przedstawia schemat blokowy hydraulicznego silnika krokowego.The subject matter of the invention in an embodiment is shown in the view in the drawing which shows a block diagram of a hydraulic stepper motor.

Wykaz oznaczeń:List of markings:

- korpus;- body;

- wał rozrządu;- camshaft;

- rozrząd;- timing;

- napęd rozrządu, elektryczny silnik krokowy;- timing drive, electric stepper motor;

- mechanizm roboczy;- working mechanism;

- wał roboczy.- working shaft.

Hydrauliczny silnik krokowy według wynalazku składa się z korpusu 1, wewnątrz którego umieszczony jest z jednej strony na wale rozrządu 2 rozrząd 3, a z drugiej strony mechanizm roboczy 5, osadzony na wale roboczym 6. Końcówka wału roboczego 6 wyprowadzona na zewnątrz korpusu 1 służy do odbioru mocy z silnika. Wał rozrządu 2 i wał roboczy 6 mogą być osadzone współosiowo, lecz nie są połączone ze sobą mechanicznie.The hydraulic stepper motor according to the invention consists of a body 1 inside which, on the one hand, the camshaft 2, the timing gear 3, is placed, and on the other hand, the operating mechanism 5, mounted on the operating shaft 6. The end of the operating shaft 6 led outside the body 1 serves for the reception power from the engine. The camshaft 2 and the operating shaft 6 may be mounted coaxially, but are not mechanically connected to each other.

Claims

PL 240 088 B1

A necessary condition for the operation of a classic hydraulic motor is to supply it with a working medium from a power source connected to the hydraulic ports. The rotational speed of the working shaft 6 is regulated by the flow of the working medium. Classically, a timing gear is a properly machined part of the working shaft (bores, grooves, cuts) that enables the delivery and collection of the working medium to / from the working mechanism 5 according to a predetermined sequence.

In the hydraulic stepper motor according to the invention, the rotational speed of the hydraulic motor is regulated by controlling an independently operable timing. The rotation of the working shaft 6 is regulated by regulating the rotation of the camshaft 2. The rotation of the camshaft 2 causes the operation of the timing gear 3, which consists in an appropriate supply of the working medium (usually with hydraulic oil) of the working mechanism 5. The operation of the working mechanism 5 causes the rotation of the working shaft 6.

The change of the rotational speed of the camshaft 2 causes the change of the rotational speed of the working shaft 6. The change of the rotational speed of the working shaft 6 does not require the change of the efficiency of the source of the working medium.

Since the timing 3 is mounted on a separate camshaft 2 it has to be rotated from another independent source. It can be driven in any way with the condition of easy regulation of the number of revolutions, starting from a fraction of a revolution per minute. The low resistance associated with driving the camshaft 2 even enables it to be turned by hand. For this purpose, it is advantageous to use a drive 4 in the form of an electric stepper motor, which enables precise regulation of the number of revolutions per minute with its low power.

The timing 3 rotated by the electric stepper motor 4 directs the hydraulic oil to the individual parts of the operating mechanism 5. The operating mechanism 5 sets the operating shaft 6 in motion. The characteristics of the power and torque received at the end of the operating shaft 6, corresponding to the given design of the operating mechanism 5, are maintained, while the rotational speed of the operating shaft 6 corresponds to the rotational speed of the electric stepper motor 4. The rotational speed of the operating shaft 6 is regulated by the rotational speed of the stepper motor 4. ranging from a fraction to several hundred revolutions per minute.

Patent claims

1. A hydraulic stepper motor having an operating mechanism with a working medium, mounted on the operating shaft and a timing regulating the flow of the working medium, mounted on the camshaft, characterized in that the timing 3 is mounted on the camshaft 2, independent of the operating shaft 6 with it is the operating mechanism 5 and the timing 3 has a drive 4 independent of the operating mechanism 5.

2. A hydraulic stepper motor according to claim 1, 4. The method of claim 1, characterized in that the camshaft 2 is connected to a drive 4 mounted thereon, which is an electric stepper motor.