УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОМ Российский патент 1997 года по МПК F15B13/43 

Изобретение относится к устройству для управления гидроцилиндром.

Известно устройство для управления гидроцилиндром, содержащее основной запорно-регулирующий элемент, размещенный в корпусе с образованием торцевой камеры управления и взаимодействующий своей ступенчатой конической частью с седлом, выполненным в корпусе и разделяющим подводящий и отводящий патрубки, а также задающий пропорциональный элемент с толкателем, опирающимся на полый подпружиненный управляющий запорно-регулирующий элемент ступенчатой формы, имеющий запорный элемент седельного клапана, размещенный в осевом расточке основного запорно-регулирующего элемента и отделяющий с возможностью управления торцевую камеру управления, а также связанные с подводящим патрубком и выполненные в главном запорно-регулирующем элементе радиальные каналы от отводящего патрубка.

Задачей изобретения является создание устройства для управления гидроцилиндром, с помощью которого потоком рабочей жидкости от этого надежно запираемого цилиндра можно точно управлять пропорциональным образом с небольшими исполнительными усилиями.

Решение этой задачи обеспечивается за счет того, что управляющий запорно-регулирующий элемент выполнен с последовательным запорному элементу седельного клапана участком управляющего золотника, перекрывающим в исходном положении радиальные каналы главного запорно-регулирующего элемента, который снабжен встроенными дросселями и выполнен с промежуточной камерой, соединенный через дроссель с торцевой камерой управления, а через другой дроссель с подводящим патрубком, причем промежуточная камера выполнена с возможностью соединения управляющим запорно-регулирующим элементом посредством участка его управляющего золотника через открываемый им канал с отводящим патрубком.

Ниже подробно описываются и иллюстрируются чертежами три варианта осуществления изобретения: фиг.1 продольный разрез запорного клапана, упрощенное изображение; на фиг.2 разрез по П-П на фиг.1; фиг.3 и 4 продольные разрезы других вариантов конструкции.

На фиг.1 показан корпус 10А запорного клапана 10, имеющий форму стакана и прилегающий открытым концом 10 к корпусу 12 пропорционального магнита 13. Внутри корпуса клапана выполнены два кольцевых замкнутых паза 15, 16. Кольцевой паз 15 соединен отверстием 18 и патрубком 19 для подвода рабочей среды с источником, а кольцевой паз 16 соединен отверстием 20 с патрубком 12 для подвода среды к потребителю и отвода среды от него.

В корпус 10 клапана вставлена цилиндрическая втулка 23, зафиксированная в корпусе стопорной гайкой 24 с наружной резьбой 25. Корпус клапана содержит в области торца 11 соответствующую внутреннюю резьбу 26, отходящую от цилиндрической выемки 27 на этом торце, в которую заложено уплотнительное кольцо 28. С помощью этого кольца уплотняется снаружи место стыка корпуса клапана с пропорциональным магнитом. Через втулку 23 проходят два переходящих друг в друга осевых отверстия 30, 31, из которых отверстие 31, обращенное к торцу 11, имеет меньший диаметр. В стенке отверстия 30, в области перехода к отверстию 31, выполнен кольцевой паз 32, соединенный радиальными отверстиями 33, 34 с кольцевым каналом 36, образованным пазом 15 и втулкой 23. Отверстие 31 пересекается радиальным отверстием 37, выполненным во втулке 23 и связывающим отверстие 31 с кольцевым каналом 38, образованным кольцевым пазом 16 и втулкой 23.

В отверстии 30 втулки 23 перемещается с уплотнением тело 40 клапана. Оно взаимодействует с седлом 41 клапана, выполненным в месте перехода отверстия 30 в отверстие 31. Тело 40 клапана имеет в области седла 41 форму тупого конуса 42, переходящего в микроуправляющий конус 43. Место перехода тупого конуса в коническую иглу не имеет линейной кромки, а скруглено.

Через тело 40 клапана проходят три переходящие друг в друга соосных осевых отверстия 45, 46, 47. Отверстие 47, выходящее в коническую иглу 43, имеет самый малый диаметр, а отверстие 45 на противоположном торце самый большой диаметр. С торца, противоположного конической игле, тело клапана перекрыто винтом 49. Резьбовой участок 50 этого винта входит в отверстие 46, содержащее соответствующую внутреннюю резьбу на части своей длины. Головка 52 винта так прилегает к торцу тела клапана, чтобы отверстием 45 и винтом 49 был образован кольцевой канал 54. В резьбовом участке 50 винта выполнен кольцевой паз 55, в который заложено уплотнительное кольцо 56, уплотняющее кольцевой канал 56 относительно отверстия 46. В головке 52 винта со стороны, противоположной телу клапана, имеется глухое отверстие 57, от дна которого отходит дросселирующее отверстие 58, выходящее в кольцевой канал 54. Отверстиями 57, 58 кольцевой канал 54 соединен с напорной камерой 60, образованной между днищем корпуса 10А и телом 40 клапана.

В теле 40 клапана имеются два радиальных глухих отверстия 61, 62, направленных навстречу друг другу от наружной поверхности в области кольцевого паза 32. От основания каждого из них отходит по одному дросселирующему отверстию 63, 64, входящему в отверстие 47. Отверстие 61 снабжено внутренней резьбой 65 в области наружной поверхности тела клапана, в которую ввинчен дроссель 66. Отверстие 62 закрыто снаружи пробкой 68. Глухое отверстие 61 соединено продольным каналом 67 с кольцевым каналом 54; аналогично этому и глухое отверстие 62 соединено продольным каналом 70 с кольцевым каналом 54. В области выхода дросселирующих отверстий 63, 64 через отверстие 47 проходит третье глухое отверстие 69, также выполненное радиально от наружной поверхности тела клапана и закрытое в этом месте пробкой 59 (см. фиг.2).

В отверстии 47 перемещается с уплотнением золотник 71 предварительного распределения. С одной стороны он входит расширенной конической частью 72 в отверстие 46 и в этом месте взаимодействует с седлом 73, выполненным в переходе отверстия 46 в отверстие 47. С другой стороны этот золотник предварительного распределения доходит до шестигранного отверстия 74 стопорной гайки 24 и в этом месте взаимодействует с толкателем 75, выступающим из пропорционального магнита 13 в это же отверстие 74. Золотник 71 пропущен через дно стакана 78, направляющего пружину, входящего в отверстие 31 и прилегающего отогнутым краем 79 к торцу втулки 23. Направляющий стакан 78 фиксируется стопорной гайкой 24. Для этого в ней выполнен кольцевой паз 80, диаметр которого соответствует диаметру отогнутого края 79. Этот станка 78 может быть зафиксирован от радиального смещения также краями отверстия 74. Для этого нужно, чтобы наружный диаметр края 79 был равен внутреннему диаметру окружности, вписанной в шестигранное отверстие 74. На внутреннюю сторону направляющего стакана 78 опирается один конец пружины сжатия 82, другой конец которой прилегает к шайбе 83, надетой на золотник 71 предварительного распределения. Эта шайба удерживается стопорным кольцом 85, вставленным в кольцевую канавку 84 на конце золотника предварительного распределения.

На участке между направляющим стаканом 78 и микроуправляющим конусом 43 в золотнике 71 предварительного распределения выполнено радиальное отверстие 87. Оно соединяется с удлиненным глухим отверстием 88, выходящим из расширенной конической части 72 этого золотника. На поверхности золотника 71 образованы два кольцевых паза 90, 91, между которыми имеется узкий поясок 92. Когда конус 72 золотника предварительного распределения прилегает к седлу 73, этот поясок перекрывает дросселирующие отверстия 63, 64. Кольцевой паз 90 проходит от пояска 92 до конуса 72, расширение которого начинается от дна этого паза. Вместе со стенкой отверстия 47 кольцевые пазы 90, 91 образуют два кольцевых канала 94, 95, связанные друг с другом глухим отверстием 69 при любом рабочем положении золотника предварительного распределения. Диаметр глухого отверстия 69 выбран таким, чтобы эти каналы оставались соединенными и при перемещениях этого золотника.

Запорный клапан 10 находится в закрытом положении при невыдвинутом толкателе пропорционального магнита 13. Усилием пружины 82 конус 72 золотника 71 предварительного распределения прижат к своему седлу 73, а тело 40 клапана к седлу 41. Одновременно поясок 92 перекрывает дросселирующие отверстия 63, 64. Со стороны подвода патрубок 19 соединен с дросселем 66 посредством отверстия 18, кольцевого канала 36, отверстий 33, 34 и кольцевого паза 32. Далее, рабочая среда по кольцевому каналу 67 попадает в кольцевую камеру 54, а оттуда через дросселирующее отверстие 58 и отверстие 57 в напорную камеру 60. Одновременно продольный канал 70 соединяет кольцевой канал 54 с отверстием 62. На стороне отвода закрытое с одной стороны телом клапана отверстие 31 соединено с помощью отверстия 37, кольцевого канала 38 и отверстия 20 с патрубком 21. Поскольку торцевая поверхность A_s тела, клапана, нагруженная рабочей средой, и, соответственно, площадь отверстия 30 больше кольцевой поверхности A_R, разность площадей отверстий 30 и 31 вызывает дополнительный прижим тела клапана к седлу 41. Утечки в закрытом положении клапана весьма малы благодаря встроенному седловому клапану и длинной направляющей скольжения золотника 71 предварительного распределения в отверстии 47.

При включении пропорционального магнита 13 золотник 71 перемещается влево толкателем 75, конус 72 золотника отходит от седла 73 и закрытые до этого с одной стороны пояском 92 дросселирующие отверстия 63, 64 открывается.

При повышении давления в патрубке 19 рабочая среда протекает от этого патрубка, как описывалось ранее, к отверстиям 61, 62 и оттуда через дросселирующие отверстия 63, 64 в кольцевой канал 95. Закрытое глухое отверстие 69 осуществляет связь с кольцевым каналом 94. Отсюда рабочая среда попадает у открытого седла 73 в закрытое в одной стороны отверстие 46. Продольным отверстием 88 и поперечным отверстием 87 в золотнике 71 отверстие 46 соединено с отверстием 31, которое, как описывалось выше, соединено с патрубком 21 на стороне выпуска.

При открывании дросселирующих отверстий 63, 64, пояском 92 относительно входного дросселя 66 давление в отверстии 61 и в напорной камере 60 упадет настолько, что усилия на противоположном торце тела клапана (кольцевая поверхность A_R) становятся больше, тело 40 клапана перемещается влево. Рабочая среда перетекает из кольцевого паза 32 у открытого седла 41 в отверстие 31 и оттуда попадает в отводящий патрубок 21. Когда золотник 71 под действием пружины 82 перемещается вправо при втягивании толкателя 75, тело 40 клапана перемещается вслед за ним (следящее управление). Это перемещение тела клапана обусловлено изменением соотношений давления на торцах тела клапана и механическим перемещением с помощью золотника. Усилие перемещения золотника определяется пружиной 82 и трением в отверстии 47. Поскольку давление в кольцевых каналах 94, 95 выровнено благодаря отверстию 69, на золотник не действуют гидравлические усилия. Поэтому результирующие силы, воздействующие на золотник, малы. Когда давление во впускном патрубке 19 настолько мало, что не может вызвать перемещение тела 40 клапана, золотник поддерживает такое перемещение. При открывании (перемещение влево) золотник упирается торцом конической части 72 в винт 52 после полного открывания дросселирующих отверстий 63 и 64 и тем самым поддерживает перемещение влево. При запирании тело клапана 40 захватывается конической частью 72 золотника.

На фиг. 3 показана видоизмененная конструкция по сравнению с фиг. 1, где тело клапана выполнено из двух деталей. Идентичные с фиг. 1 детали обозначены на фиг. 3 теми же цифрами. Этот вариант позволяет облегчить изготовление, поскольку запорный конус и конус микроуправления могут обрабатываться по отдельности. Плотно скользящий во втулке 23 стержень 40А клапана составлен из внутренней цилиндрической гильзы 100 и наружной цилиндрической гильзы 101. Наружный диаметр гильзы 101 соответствует диаметру отверстия 30 во втулке 23. Эта наружная гильза 101 содержит два сквозных переходящих друг в друга осевых отверстия 102, 103, причем диаметр отверстия 103 меньше. Этот диаметр меньше и диаметра отверстия 31 во втулке 23. Обращенный к седлу 41 торец наружной гильзы 101 выполнен в виде тупого конуса 105, сходящегося в области диаметра отверстия 31, то есть в области седла 41 клапана, имеющего скругленный переход 107, так что у торца гильзы тела клапана остается кольцевой заплечик 108, наружный диаметр которого несколько меньше диаметра отверстия 31. В гильзе 101 сделано со стороны наружной поверхности радиальное глухое отверстие 109, от основания которого отходит дросселирующее отверстие 110, входящие в осевое отверстие 102. Отверстия 109, 110 соединяют отверстие 102 с кольцевым пазом 32.

Внутренняя гильза 100 состоит из микроуправляющего конуса 111, входящего в отверстие 31, и цилиндрического участка 112, проходящего через отверстие 103 в отверстие 102. Диаметр наружной поверхности участка 112 при этом соответствует диаметру отверстия 103, а наружный диаметр микроуправляющего корпуса 111 наружному диаметру кольцевого заплечика 108. Микроуправляющий конус прилегает непосредственно к кольцевому заплечику, образуя плавный переход от конуса 105 через участок 107 к конусу 111.

Через внутреннюю гильзу 100 проходят два переходящих друг в друга осевых отверстия 114, 115, причем отверстие 115 имеет меньший диаметр. От наружной поверхности участка 112 отходят два радиальных отверстия 116, 117 навстречу друг другу, от основания которых соответственно отходят дросселирующие отверстия 118, 119, оканчивающиеся в отверстии 115. В области входа дросселирующих отверстий 118, 119 через отверстие 115 проходит еще отверстие 120, тоже начинающееся на наружной поверхности участка 112 и закрытое там пробкой, не показанной на чертеже.

Тело 40А клапана с одной стороны (противоположной конусу микроуправления) перекрыто винтом 49А. Резьбовая часть 50А этого винта входит в отверстие 114 во внутренней гильзе, на соответствующей длине которого выполнена внутренняя резьба 122. Головка 52А винта так прилегает к торцу наружной гильзы 101, чтобы внутренняя гильза с усилием притягивалась к наружной гильзе. Между гильзами в области отверстия 102 и участка 112 образована кольцевая камера 123, ограниченная винтом. В резьбовой части 50А винта выполнен кольцевой паз 55А, в который заложено уплотнительное кольцо 56А, плотно охватывающее с одной стороны отверстие 114. В головке 52А на стороне, противоположной конусу микроуправления, выполнено глухое отверстие 57А, от основания которого отходит дросселирующее отверстие 58А, оканчивающееся в кольцевой камере 123.

В отверстии 115 перемещается с уплотнением золотник 71А предварительного распределения, аналогичный описанному в предыдущем примере. Он входит своим конусом 72А в отверстие 114 и там взаимодействует с седлом 125, выполненным в месте перехода отверстий 114, 115. Поясок 92А на наружной поверхности золотника при прилегании конуса 72А к седлу 125 запирает дросселирующие отверстия 118, 119. Кольцевые пазы 90А, 91А образуют вместе со стенкой отверстия 115 два кольцевых канала 126, 127, сообщающихся друг с другом посредством глухого отверстия 120 при любом рабочем положении золотника предварительного распределения.

Принцип работы этого запорного клапана аналогичен действию описанного выше примера конструктивного выполнения.

На фиг. 4 показан еще один пример выполнения, отличающийся от предыдущих иным выполнением тела клапана и золотника предварительного распределения. Одинаковые детали обозначены теми же цифрами. Конусообразное тело 40В клапана отличается от конструкций тела 40, 40А клапана пониженным седлом 73В золотника 71В. Помимо этого, отверстия 46В отходит продольное отверстие, состоящее из трех соосных переходящих друг в друга участков 130, 131, 132. Участок 130, отходящий от отверстия 46В, соответствует при этом отверстию 47. В области между дросселирующими отверстиями 63В, 64В и торцом микроуправляющего конуса 43В выполнен участок 131 большего диаметра, переходящий в участок 132, открытый в микроуправляющий конус. Диметр участка 132 меньше, чем у участка 130. Переход между участками 131, 132 выполнен в виде седла 73В.

Золотник 71В предварительного распределения состоит, в основном, из двух цилиндрических участков 134, 135, причем участок 135 проходит через микроуправляющий конус до толкателя 75 и взаимодействует с ним и с направляющим приспособлением для пружины, как описывалось ранее. Участок 135 золотника имеет меньший диаметр, чем у участка 132 отверстия, в результате чего между золотником и отверстием в этом месте образуется кольцевая камера 133. В области участка 131 отверстия отрезок 135 золотника содержит узкий поясок 137, взаимодействующий с седлом 73В. Диаметр этого пояска равен диаметру участка 130 отверстия: Отрезок 135 золотника в области дросселирующих отверстий 63В, 64В переходит в отрезок 134, плотно скользящий в отверстии 130 и доходящий до отверстия 46В. Между отрезком 135 золотника и участком 130 отверстия остается расширенная кольцевая камера 139. Отрезок 134 золотника выполнен так, чтобы дросселирующие отверстия 63В, 64В перекрывались им, когда поясок 137 прилегает к седлу 73В.

В золотнике 71В, как и в ранее описанных вариантах, имеется предельное отверстие 88В, отходящее от отверстия 46В и сообщающееся с поперечным отверстием 87В.

При невыдвинутом толкателе пропорционального магнита 13 поясок 137 под действием пружины прилегает к седлу 73В.

Одновременно отрезок 134 золотника перекрывает дросселирующие отверстия 63В, 64В. В этом положении рабочая среда проходит из патрубка 19 на стороне впуска через отверстие 18, кольцевой канал 36 и кольцевой паз 32 в дроссель 66. Отсюда через глухое отверстие 61 и продольный канал 67 имеется доступ к кольцевой камере 54, связанной, в свою очередь, продольным каналом 70 с глухим отверстием 62.

Кольцевая камера 54, как описывалось выше, сообщается дросселирующим отверстием 58 с напорной камерой 60. Воздействие гидравлической среды и механических усилий в случае невыдвинутого толкателя пропорционального магнита аналогично описанному в примере по фиг. 1.

При перемещении золотника 71В толкателем 75 влево поясок 137 отодвигается от седла 73В и зарытые ранее с одной стороны отрезком 134 золотника дросселирующее отверстия 63В, 64В открывается. При этом рабочая среда поступает из глухих отверстий 61, 62 через дросселирующие отверстия 63В, 64В в кольцевую камеру 139, а оттуда по участку 131 отверстия, через открытое седло 73 в кольцевую камеру 138 ведущую к отверстию 31. Последнее, как описывалось раньше, сообщается с патрубком 21 на стороне выпуска.

Открывание и закрывание седла 41 клапана происходит аналогично описанным в примере по фиг.1.

Использование: в электрогидравлических системах автоматического управления. Сущность изобретения: устройство содержит основной запорно-регулирующий элемент, размещенный в корпусе, задающий пропорциональный элемент 13 с толкателем, опирающимся на управляющий запорно-регулирующий элемент, выполненный с последовательным запорному элементу участком, перекрывающим в исходном положении радиальные каналы основного элемента, который снабжен встроенными дросселями в виде отверстий постоянного сечения. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для управления гидроцилиндром, содержащее основной запорно-регулирующий элемент, размещенный в корпусе с образованием торцевой камеры управления и взаимодействующий своей ступенчатой конической частью с седлом, выполненным в корпусе и разделяющим подводящий и отводящий патрубки, а также задающий пропорциональный элемент с толкателем, опирающимся на полый подпружиненный управляющий запорно-регулирующий элемент ступенчатой формы, имеющий запорный элемент седельного клапана, размещенный в осевой расточке основного запорно-регулирующего элемента и отделяющий с возможностью управления торцевую камеру управления, а также связанные с подводящим патрубком, выполненные в основном запорно-регулирующем элементе, радиальные каналы от отводящего патрубка, отличающееся тем, что управляющий запорно-регулирующий элемент выполнен c последовательным запорному элементу седельного клапана участком управляющего золотника, перекрывающим в исходном положении радиальные каналы основного запорно-регулирующего элемента, который снабжен встроенными дросселями и выполнен с промежуточной камерой, соединенной через дроссель с торцевой камерой управления, а через другой дроссель с подводящим патрубком, причем промежуточная камера выполнена с возможностью соединения управляющим запорно-регулирующим элементом посредством участка его управляющего золотника через открываемый им канал с отводящим патрубком. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что встроенные дроссели выполнены в виде отверстий постоянного сечения. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что промежуточная камера связана с радиальными каналами с помощью продольных каналов, выполненных вокруг осевой расточки основного запорно-регулирующего элемента. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что радиальные каналы выполнены с окнами, взаимодействующими с пояском управляющего запорно-регулирующего элемента с образованием дросселирующих щелей переменного сечения. 5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что управляющий запорно-регулирующий элемент подпружинен пружиной растяжения, размещенной со стороны толкателя задающего элемента, выполненного в виде пропорционального электромагнита. 6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что ступенчатая коническая часть основного запорно-регулирующего элемента выполнена в виде сопряженных скругленным переходом микроуправляющего конуса и усеченного конуса с тупым углом при вершине. 7. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что управляющий запорно-регулирующий элемент имеет кольцевые проточки, обеспечивающие гидростатическое выравнивание давления. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в основном запорно-регулирующем элементе выполнено глухое отверстие, пересекающее осевую расточку с возможностью соединения кольцевых проточек управляющего запорно-регулирующего элемента. 9. Устройство по пп. 1 8, отличающееся тем, что основной запорно-регулирующий элемент выполнен составным из наружной и внутренней втулок. 10. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что кольцевая рабочая кромка управляющего запорно-регулирующего элемента выполнена в виде цилиндрического пояска, взаимодействующего с седлом по его плоской торцевой поверхности.