пневматический сервомотор и способ его регулирования

Формула изобретения

1. Пневматический сервомотор, содержащий корпус, разделенный поршнем на переднюю камеру, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру, в которой размещен полный хвостовик поршня с встроенным клапанным распределителем для попеременного соединения задней камеры с атмосферой и передней камерой, имеющим подпружиненный клапан, первое седло на подвижном плунжере и второе седло на поршне, юбка которого охватывает хвостовик и закреплена по периферии в корпусе с помощью мембраны, а подвижный плунжер шарнирно соединен с управляющей тягой, подпружиненной возвратной пружиной, и установлен в хвостовике поршня с возможностью взаимодействия с противодействующим диском, выполненным заодно с толкающим штоком, размещенным в передней камере, отличающийся тем, что плунжер снабжен последовательно установленными на нем резьбовой втулкой и подпружиненной активной втулкой, а поршень со стороны задней камеры снабжен диафрагмой, жестко скрепленной с юбкой, а также промежуточной мембраной, установленной по внутренней поверхности диафрагмы, при этом клапан распределителя выполнен в виде участка поверхности промежуточной мембраны, первое седло выполнено на активной втулке, а второе седло на юбке поршня.

2. Сервомотор по п.1, отличающийся тем, что активная втулка установлена с возможностью настроечного возвратно-поступательного перемещения по поверхности плунжера и подпружинена относительно последнего в направлении прижима к резьбовой втулке.

3. Сервомотор по п.2, отличающийся тем, что первое седло выполнено в виде кольцевого уступа на активной втулке.

4. Сервомотор по пп.1 и 3, отличающийся тем, что юбка поршня и диафрагма с промежуточной мембраной установлены с образованием кольцевой промежуточной полости, в которой размещены седла распределителя, причем второе седло выполнено в виде выступа на юбке поршня.

5. Сервомотор по п.4, отличающийся тем, что в юбке поршня выполнены отверстия для сообщения промежуточной полости с передней камерой, а в диафрагме и промежуточной мембране выполнены отверстия для сообщения промежуточной полости с задней камерой.

6. Сервомотор по п.5, отличающийся тем, что клапан распределителя выполнен с отверстиями между первым и вторым седлами для сообщения передней и задней камер.

7. Сервомотор по пп.4 6, отличающийся тем, что резьбовая втулка выполнена с отверстиями для сообщения промежуточной полости с атмосферой.

8. Сервомотор по п.7, отличающийся тем, что отверстия в клапане, юбке, диафрагме и резьбовой втулке выполнены в равных количествах, равномерно распределены вокруг оси симметрии сервомотора и имеют центры, размещенные в одной плоскости.

9. Сервомотор по пп.1 8, отличающийся тем, что возвратная пружина размещена между активной втулкой и юбкой поршня.

10. Сервомотор по пп.1 9, отличающийся тем, что клапан распределителя подпружинен в направлении передней камеры пружиной, установленной вокруг возвратной пружины управляющей тяги.

11. Способ регулирования сервомотора, при котором за счет перемещения плунжера в хвостовике поршня устанавливают требуемый исходный зазор между плунжером и противодействующим диском, отличающийся тем, что предварительно прикладывают к толкающему штоку усилие, соответствующее режиму переключения распределителя, а перемещение плунжера осуществляют путем свинчивания его с резьбовой втулкой до соприкосновения плунжера с противодействующим диском, после чего разгружают шток от приложенного усилия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано в конструкциях тормозных устройств транспортных средств.

Известен пневматический сервомотор, содержащий корпус, разделенный поршнем на переднюю камеру, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру, в которой размещен полый хвостовик поршня с встроенным клапаном, а также способ его регулирования, при котором исходное положение сервомотора устанавливается за счет перемещения клапана [1]

Техническим недостатком этого сервомотора и способа его регулирования являются сложность установки исходного положения, требующей разборки сервомотора, и повышенный шум, связанный с большой скоростью перетекания воздуха.

Известен также пневматический сервомотор, содержащий корпус, разделенный поршнем на переднюю камеру, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру, в которой размещен полый хвостовик поршня с встроенным клапанным распределителем для попеременного соединения задней камеры с атмосферой и передней камерой, имеющим подпружиненный клапан, первое седло на подвижном плунжере и второе седло на поршне, юбка которого охватывает хвостовик и закреплена по периферии в корпусе с помощью мембраны, а подвижный плунжер шарнирно соединен с управляющей тягой, подпружиненной возвратной пружиной, и установлен в хвостовике поршня с возможностью взаимодействия с противодействующим диском, выполненным заодно с толкающим штоком, размещенным в передней камере, а также способ регулирования пневматического сервомотора, при котором за счет перемещения плунжера в хвостовике поршня устанавливают требуемый исходный зазор между плунжером и противодействующим диском [2]

Техническими недостатками данного известного сервомотора и способа его регулирования являются сложность установки требуемого исходного зазора между плунжером и противодействующим диском и повышенный шум при функционировании, а также большая величина мертвого хода.

Эти недостатки известных сервомотора и способа обусловлены тем, что на первом этапе, когда водитель нажимает на тормозную педаль, происходит уравновешивание усилия предварительного напряжения возвратной пружины, уменьшенного на усилие предварительного напряжения пружины плунжера. Передняя камера сообщена с источником вакуума. В ходе легкого перемещения управляющей тяги и плунжера, клапан под действием пружины следует по седлу на плунжере до соприкосновения с седлом на поршне; передняя и задняя камеры в этот момент изолированы друг от друга.

В этой первой фазе приведения в действие сервомотора усилие, оказываемое на управляющую тягу, не вызывает перемещения толкающего штока на выходе из сервомотора.

Во второй фазе приведения в действие тормоза плунжер перемещается вперед достаточно для того, чтобы клапан был в герметичном соприкосновении с седлом на поршне и начал удаляться от седла плунжера. В этих условиях задняя камера сервомотора изолирована от передней камеры и сообщается с атмосферой. При этом создается вспомогательное усилие, стремящееся переместить поршень вперед. Это перемещение передается толкающему штоку от противодействующего диска.

В течение этой второй фазы воздействия на тормоза вспомогательное усилие, производимое поршнем, недостаточно деформирует противодействующий диск так, чтобы он полностью заполнил зазор, который первоначально отделяет его от плунжера. Следовательно, выходное усилие на толкающем штоке резко возрастает, а усилие воздействия на управляющую тягу остается неизменным.

Это резкое возрастание выходного усилия соответствует тому, что называется скачком сервомотора до порога, выше которого вспомогательное усилие, производимое сервомотором и приложенное к противодействующему диску поршнем, становится достаточным для того, чтобы передний торец плунжера пришел в соприкосновение с противодействующим диском.

В известном сервомоторе величина этого скачка регулируется упором, который определяет заднее положение покоя плунжера относительно поршня и, следовательно, расстояние в состоянии покоя между передним торцом плунжера и задней стороной противодействующего диска. Очевидно, что если скачок сервомотора не достиг желаемой величины, то необходимая полная разборка сервомотора для замены упора или плунжера или обоих этих элементов.

При дальнейшей работе сервомотора задняя камера, которая ранее сообщалась с передней камерой и, следовательно, находилась под уменьшенным давлением, всасывает воздух при атмосферном давлении через проход небольшого сечения между клапаном и седлом на плунжере. Следовательно, создается помеха для прохода воздуха и шум при работе. Кроме того, воздух для прохождения через радиальный проход должен обогнуть управляющую тягу и плунжер, чтобы поступить в этот радиальный проход, что вызывает турбулентное и сопровождаемое шумом истечение воздуха, к чему добавляется свист при прохождении воздуха между клапаном и седлом на плунжере.

Те же явления происходят при отпускании тормоза, когда воздух при повышенном давлении должен проходить из задней камеры по направлению к передней камере через радиальный переход, щель между клапаном и седлом на поршне, кольцевую камеру вокруг клапана и осевой проход.

Технической задачей изобретения является создание пневматического сервомотороа, имеющего такую конструкцию клапанного распределителя, которая позволила бы реализовать с его помощью способ регулирования величины скачка сервомотора на любую требуемую величину без разборки сервомотора и обеспечивала бы бесшумную работу сервомотора максимальной чувствительностью, т.е. с минимальным мертвым ходом.

Сущность изобретения состоит в том, что в пневматическом сервомоторе, содержащем корпус, разделенный поршнем на переднюю камеру, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру, в которой размещен полый хвостовик поршня с встроенным клапанным распределителем для попеременного соединения задней камеры с атмосферой и передней камерой, имеющим подпружиненный клапан, первое седло на подвижном плунжере и второе седло на поршне, юбка которого охватывает хвостовик и закреплена по периферии в корпусе с помощью мембраны, а подвижный плунжер шарнирно соединен с управляющей тягой, подпружиненной возвратной пружиной, и установлен в хвостовике поршня с возможностью взаимодействия с противодействующим диском, выполненным заодно с толкающим штоком, размещенным в передней камере, плунжер снабжен последовательно установленными на нем резьбовой втулкой и подпружиненной активной втулкой, а поршень со стороны задней камеры снабжен диафрагмой, жестко скрепленной с юбкой, а также промежуточной мембраной, установленной по внутренней поверхности диафрагмы, при этом клапан распределителя выполнен в виде участка поверхности промежуточной мембраны, первое седло выполнено на активной втулке, а второе седло на юбке поршня. Кроме того, в частных случаях реализации активная втулка установлена с возможностью настроечного возвратно-поступательного перемещения по поверхности плунжера и подпружинена относительно последнего в направлении прижима к резьбовой втулке, первое седло выполнено в виде кольцевого уступа на активной втулке, юбка поршня и диафрагма с промежуточной мембраной установлены с образованием кольцевой промежуточной полости, в которой размещены седла распределителя, причем второе седло выполнено в виде выступа на юбке поршня, в юбке поршня выполнены отверстия для сообщения промежуточной полости с передней камерой, а в диафрагме и промежуточной мембране выполнены отверстия для сообщения промежуточной полости с задней камерой, клапан распределителя выполнен с отверстиями между первым и вторым седлами для сообщения передней и задней камер, резьбовая втулка выполнена с отверстиями для сообщения промежуточной полости с атмосферой, отверстия в клапане, юбке, диафрагме и резьбовой втулке выполнены в равных количествах, равномерно распределены вокруг оси симметрии сервомотора и имеют центры, размещенные в одной плоскости, возвратная пружина размещена между активной втулкой и юбкой поршня, а клапан распределителя подпружинен в направлении передней камеры пружиной, установленной вокруг возвратной пружины управляющей тяги.

Сущность изобретения состоит также в том, что в способе регулировки сервомотора, при котором за счет перемещения плунжера в хвостовике поршня устанавливают требуемый исходный зазор между плунжером и противодействующим диском, предварительно прикладывают к толкающему штоку усилие, соответствующее режиму переключения распределителя, а перемещение плунжера осуществляют путем свинчивания его с резьбовой втулкой до соприкосновения плунжера с противодействующим диском, после чего разгружают шток от приложенного усилия.

На чертеже изображен разрез пневматического сервомотора.

Сервомотор содержит наружный корпус 1, симметричный относительно оси X-X". На чертеже изображена только задняя центральная часть корпуса 1, обращенная к тормозной педали транспортного средства.

Упругая мембрана 2 из эластомера, усиленная в центральной части юбки 3 в виде металлического опорного диска, образует внутри корпуса 1 переднюю и заднюю камеры 4, 5 соответственно. Наружная окружная кромка (не изображена) мембраны 2 герметично закреплена на наружной части корпуса 1. Внутренняя окружная кромка той же самой мембраны 2 заканчивается буртиком, герметично входящим в кольцевую канавку, выполненную на наружной окружной поверхности пустотелого поршня 6, расположенного по оси X-X" сервомотора. Передняя камера 4 постоянно соединена с источником вакуума (не изображен).

Поршень 6 выполнен составным и включает в себя трубчатую часть в виде хвостовика 7 и промежуточную часть в виде диафрагмы 8 в форме, близкой к усеченному корпусу. На переднем конце диафрагмы 8, имеющим большой диаметр, жестко закреплена, например, путем запрессовки, юбка 3, на наружной периферийной кромке которой закреплена в свою очередь мембрана 2, например, с помощью прорезей 9, выполненных около кромки юбки 3 для улучшения сцепления с материалом мембраны 2. Внутренняя периферийная кромка юбки 3 отогнута в направлении оси X-X", образуя заплечик 10, взаимодействующий с заплечиком 11, образованным на втулке 12, имеющий передний кольцевой торец 13, который предназначен для взаимодействия с задним торцем противодействующего диска 14.

Между юбкой 3 и передним концом большого диаметра диафрагмы 8 расположен герметично буртик 15, образующий передний конец упругой трубчатой промежуточной мембраны 16, задний конец которой образует буртик 17, расположенный герметично в поршне 6, в зоне подсоединения хвостовика 7 к диафрагме 8 с помощью, например, цилиндрической металлической манжеты 18.

В упругую трубчатую камеру 16 вмонтирована с ее задней стороны кольцевая вставка 19, создающая необходимую жесткость в плоскости, перпендикулярной оси X-X". Мембрана 16 и вставка 19 имеют отверстия 20 и 21, расположенные друг против друга.

Часть мембраны 16, которой придает жесткость вставка 19, может перемещаться аксиально в кольцевой промежуточной полости 22, находящейся между задней стороной юбки 3 и передней стороной диафрагмы 8 поршня 6, при этом юбка 3 и диафрагма 8 соединены как одно целое, в то время как мембрана 16 является продолжением вперед хвостовика 7.

Пневматический серводвигатель содержит также подвижный плунжер 23, снабженный резьбовой втулкой 24, скользящей в полости 25 хвостовика 7, и имеющий рабочую часть 26, скользящую во втулке 12 и взаимодействующую с противодействующим диском 14. По поверхности рабочей части 26 герметично скользит подпружиненная активная втулка 27. Активная втулка 27 имеет цилиндрический участок 28, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру передней части 26 плунжера 23 и установлена с возможностью настроечного возвратно-поступательного перемещения по его поверхности без потери герметичности. Участок 28 продолжен на переднем конце частью, проходящей радиально наружу, образуя кольцевую часть 29, затем начиная с наружной периферийной зоны, аксиально вперед внутри полости хвостовика 7, образуя цилиндрическую часть 30, охватывающую снаружи втулку 12 и входящую в промежуточную полость 22. Передний конец цилиндрической части 30 продолжен радиально наружу кольцевой частью 31, входящей в промежуточную полость 22 впереди мембраны 16, усиленной вставкой 19, при этом диаметр части 31 несколько больше внутреннего диаметра вставки 19. На кольцевой части 31 имеется первое седло 33 клапана 32, выполненного в виде участка поверхности мембраны 16, усиленной вставкой 19, в которой имеются отверстия 21 клапана 32. Седло 33 клапана выполнено в виде кольцевого уступа, например, на наружной периферийной кромке кольцевой части 31, направленного назад или, как это изображено на чертеже, в виде кольцевого уступа, образованного на передней части мембраны 16.

Второе седло 34 клапана выполнено в виде выступа на задней стороне юбки 3 в форме окружности, диаметр которой несколько меньше наружного диаметра вставки 19. Седло 34 клапана можно также выполнить на выпуклой части задней стороны юбки 3 таким образом, чтобы соответствующая вогнутая часть передней стороны юбки 3 образовала гнездо для пружины 35 сжатия. Седло 34 клапана может быть образовано в виде выступа на задней стороне юбки 3, или, как показано, на передней поверхности мембраны 16. Клапан 32 и седла 33, 34 представляют собой встроенный клапанный распределитель.

В юбке 3 выполнены отверстия 36 для сообщения передней камеры 4 с частью промежуточной полости 22, расположенной перед клапаном 32. В диафрагме 8 также выполнены отверстия 37 для сообщения задней камеры 5 с частью промежуточной полости 22, расположенной за клапаном 32. Наконец, в резьбовой втулке 24 плунжера 23 выполнены отверстия 38 для сообщения кольцевого пространства 39 за плунжером 23, в котором имеется атмосферное давление, с промежуточной полостью 22 через кольцевое пространство 40 между цилиндрической частью 30 плунжера 23 и хвостовиком 7 поршня 6. Можно предусмотреть, как это показано, воздушный фильтр 41 на уровне отверстий 38 во избежание попадания загрязнений в серводвигатель.

Плунжер 23 шарнирно соединен с управляющей тягой 42 и установлен в полости 25 хвостовика 7 поршня 06 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с противодействующим диском 14, выполненным заодно с толкающим штоком 43.

Поршень 6 установлен в заднее исходное положение пружиной 35, действующей на переднюю сторону юбки 3. Он упирается в этом случае в мембрану 16 в ее установленной вставкой 19 части, которая в свою очередь упирается в переднюю сторону задней части корпуса 1. Проход между седлом 34 и клапаном 32, при этом закрыт.

Плунжер 23 и управляющая тяга 42 устанавливаются в их заданное исходное положение возвратной пружиной 44, опертой с одной стороны, на заднюю сторону части юбки 3, образующей заплечик 10 и, с другой стороны, на переднюю сторону кольцевой части 29, активной втулки 27 плунжера 23. В этом положении плунжер 23 упирается через кольцевую часть 31 с первым седлом 33 клапана 32, в мембрану 16 в ее усиленной вставкой 19 части, которая в свою очередь упирается в переднюю сторону задней части 45 корпуса 1. Отверстия 20, 21, 37, 38 выполнены в равных количествах, равномерно распределены вокруг оси X-X" и имеют центры, размещенные, в одной плоскости. Проход седло 33 клапан 32 также закрыт в исходном положении.

С другой стороны, клапан 32 подпружинен в направлении камеры 4 пружиной 46, установленной вокруг пружины 48 и опирающейся, с одной стороны, на заднюю сторону мембраны 16, усиленной вставкой 19 и с другой стороны, на переднюю сторону буртика 17 мембраны 16 или на цилиндрическую манжету 18, как изображено на чертеже. Втулка 27 подпружинена относительно плунжера 23 пружиной 48, опертой на бурт 49.

Передняя камера 4 и шток 43 обращены к тормозному цилиндру транспортного средства (не изображен). Плунжер 23 обращен своим передним торцем 50 к заднему торцу 51 диска 14. Между торцами 50, 51 имеется исходный зазор 47.

Работа пневматического сервомотора и способ его регулирования реализуется следующим образом.

Когда сервомотор находится в изображенном на чертеже положении покоя, передняя камера 4 сообщена с источником вакуума и изолирована от задней камеры 5. Приведенная в действие управляющая тяга 42 перемещает вперед плунжер 23, преодолевая действие пружины 44. Клапан 32 находится на седле 34 под действием пружины 46, в то время как седло 33 начинает удаляться от клапана 32. Следовательно, воздух под атмосферным давлением сразу же поступает в заднюю камеру 5 через воздушный фильтр 41 и через отверстия 38 в задней части плунжера 23, кольцевое пространство 40 между цилиндрической частью 30 плунжера и хвостовиком 7, проход между седлом 33 и клапаном 32, отверстия 20 и 21, выполненные в мембране 16 и вставке 19, и, наконец, отверстия 37 в диафрагме 8.

Таким образом, в сервомоторе, зона нечувствительности, т.е. мертвый ход существенно уменьшен, так как устранена фаза, работа которой была необходимой в известном устройстве (прототипе) для изоляции передней и задней камер 4, 5 друг от друга. Единственный мертвый ход сервомотора это тот, который вызван упругостью материала седла 33 клапана 32, что необходимо для обеспечения его герметичности, его можно не принимать во внимание. Воздух поступает в заднюю камеру 5 через седло 33, которое имеет диаметр во много раз, например, в пять раз больше чем, в известном сервомоторе (прототипе).

Из этого примера следует, что сечение прохода для воздуха также увеличено в пять раз и, следовательно, количество поступающего воздуха в заднюю камеру также увеличивается в пять раз. Благодаря этому, сервомотор работает практически беззвучно, так как такое сечение прохода позволяет воздуху циркулировать, не вызывая шумов всасывания и свистов.

Скачок сервомотора т. е. резкое возрастание выходного усилия осуществляется на этой стадии работы в тот момент, когда поступающий в заднюю камеру 5 воздух, создает разность давлений между двумя сторонами поршня 6, инициирующую вспомогательную силу, которая перемещает поршень 6 вперед, эта сила передается на толкающий шток 43 через заплечик 10 юбки 3 с воздействием на втулку 12, которая в свою очередь воздействует на противодействующий диск 14. В этот момент происходит резкое увеличение усилия, оказываемого на толкающий шток 43 до тех пор, пока противодействующий диск 14 не будет достаточно деформирован для заполнения зазора 47, который первоначально отделяет его заднюю сторону от передней стороны плунжера 23.

Следовательно, величина скачка серводвигателя обусловлена зазором 47, т. е. аксиальным расстоянием в состоянии покоя между передней стороной плунжера 23 и задней стороной противодействующего диска 14. Данную величину можно легко корректировать на любую требуемую величину уже после сборки сервомотора, осуществляя относительное вращение втулки 24 и рабочей части 26, например, поддерживая один из этих элементов неподвижным в то время, как обеспечивается вращение вокруг оси X-X" другого элемента с помощью соответствующего механизма, вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное движение рабочей части 26 относительно активной втулки 27. Так изменяют зазор 47, т.е. аксиальный размер или расстояние между передней частью плунжера 23 и первым седлом 33 клапана. Плунжер 23 находится в покое, опираясь из клапана 32, на который опирается также юбка 3 поршня 6, образуя второе седло клапана поршня, и юбка 3, также имеющая заплечик 10 на плечике 11 втулки 12, передний кольцевой торец которой находится в соприкосновении с противодействующим диском 14, следовательно, относительное вращение втулки 24 и передней части 26 изменяет зазор 47 или расстояние между передним торцем 50 плунжера 23 и задним торцем 51 противодействующего диска 14.

В результате величина скачка сервомотора может легко регулироваться снаружи. Т. е. для регулировки сервомотора следует приложить к толкающему штоку 43 усилие, соответствующее режиму переключения распределителя и требуемому усилию сервомотора, что вызывает деформацию противодействующего диска 14.

Достаточно свинтить переднюю часть 26 плунжера с резьбовой втулкой 24, чтобы переместить передний торец 50 плунжера 23 до тех пор, когда он соприкоснется с частью деформированной поверхности заднего торца 51 противодействующего диска 14, причем этот контакт можно обнаружить любым средством, например, с помощью тензометра, установленного на управляющей тяге 42. Прекратив воздействие на толкающий шток 43, т.е. разгрузив его от приложенного усилия получаем сервомотор, отрегулированный на требуемую величину скачка. Можно также провести регулировку сервомотора с помощью его управляющей тяги 42. Датчики усилия на управляющей тяге 42 и толкающий шток 43 позволят начертить диаграмму выходного усилия в зависимости от входного усилия и, следовательно, отрегулировать скачок сервомотора на требуемую величину.

Явление уменьшения шум при работе имеет место также и при отпускании тормоза. Когда прилагаемое на управляющую тягу 42 усилие уменьшается, она отходит назад и увлекает за собой плунжер 23. После этого седло 33 возвращается в соприкосновение с клапаном 32, причем седло 34 все еще находится в соприкосновении с клапаном 32. Когда плунжер 23 продолжает отходить назад, седло 33 отодвигает клапан 32 от седла 34. Имеющийся в задней камере 5 воздух всасывается в переднюю камеру 4 через отверстия 37 в промежуточной диафрагме 8, отверстия 21 и 20 в мембране 16 и вставке 19, седло 32 и, наконец, отверстия 36 к юбке 3. Следовательно, и в этом случае воздух проходит через седло 32, имеющее диаметр, значительно больший, чем диаметр проходов известных сервомоторов в результате чего описанный сервомотор работает также бесшумно и в фазе отпускания тормоза.