ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F15B13/02 

Изобретение относится к гидроавтоматике и может найти применение в различных отраслях машиностроительной гидравлики в качестве распределительного механизма, в частности, в прокатном производстве для гидравлического сбивания окалины.

Известен гидравлический распределитель, содержащий корпус с каналами подвода, отвода рабочей жидкости, рабочими каналами и каналом управления, золотник, установленный в корпусе с возможностью возвратно- поступательного перемещения и с образованием торцевой, командной полости, связанной с каналом управления [1]
Известный гидравлический распределитель выполнен без уплотнения соединения пары возвратно-поступательного движения, что приводит к потере герметичности и ухудшает условия работы из-за утечек жидкости.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является взятый в качестве прототипа гидравлический распределитель, содержащий корпус с каналами подвода и отвода рабочей жидкости и установленный в корпусе распределительный узел с уплотнениями, состоящий из снабженной механизмом фиксации гильзы с отверстием в торце со стороны канала подвода рабочей жидкости, и золотникового запорно-распределительного органа, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в корпусе. Гильза установлена в корпусе с сопряжением их цилиндрических поверхностей и выполнена составной в виде по крайней мере двух телескопически соединенных между собой полых плунжеров с радиальными отверстиями (дроссельными щелями), сообщенными с каналом отвода рабочей жидкости. Плунжеры гильзы снабжены кольцевыми эластичными уплотнениями, установленными справа и слева по отношению к радиальным отверстиям гильзы. При этом запорно-распределительный орган выполнен в виде штока с разобщительными кромками и установлен внутри гильзы с образованием по меньшей мере двух последовательно сообщенные между собой дросселей [2]
Известный гидравлический распределитель обеспечивает необходимое начальное перекрытие поперечного сечения канала отвода рабочей жидкости перемещением телескопически соединенных между собой полых плунжеров относительно друг друга с последующей фиксацией их положения, что позволяет повысить статические и динамические характеристики.

В результате настройки необходимого начального перекрытия поперечного сечения канала отвода рабочей жидкости возможен выход уплотнений, расположенных со стороны подачи рабочего давления, непосредственно в канал отвода рабочей жидкости область низкого давления, что приводит к выдавливанию уплотнений под воздействием перепада давлений и явлению экструзии. Наиболее подвержены экструзии уплотнения внутренних плунжеров составной гильзы, имеющих наименьшее расстояние от торцевой части плунжеров со стороны подачи рабочего давления до уплотнения, т.к. в этом случае давление потока, движущегося в радиальном зазоре соответствующей пары плунжеров, не успевает понизиться перед уплотнением.

Таким образом, недостатком рассматриваемого гидравлического распределителя является невысокая надежность уплотнений, и, как следствие, потеря герметичности соединений, обусловленная выдавливанием уплотнений, расположенных со стороны подачи рабочего давления, в область низкого давления под воздействием давления рабочей среды, что приводит к их последующей экструзии и утечкам жидкости.

Основной технической задачей, решаемой изобретением, является создание гидравлического распределителя, обеспечивающего более высокую степень герметичности соединений пар возвратно-поступательного перемещения путем изоляции уплотнений от перепада давления.

Другой задачей, решаемой изобретением, является создание гидравлического распределителя с уменьшенными габаритами.

Для решения поставленной задачи в известном гидравлическом распределителе, содержащем корпус с каналами подвода и отвода рабочей жидкости и установленный в корпусе распределительный узел с уплотнениями, состоящий из снабженной механизмом фиксации гильзы с отверстием в торце со стороны канала подвода рабочей жидкости, и золотникового запорно- распределительного органа, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в корпусе, согласно изобретению, золотниковый запорно-распределительный орган выполнен в виде полого плунжера с торцевыми отверстиями и радиальными отверстиями для сообщения с каналом отвода рабочей жидкости, установленного в корпусе с сопряжением их цилиндрических поверхностей, а гильза имеет отверстие в торце со стороны канала отвода рабочей жидкости и установлена внутри полого плунжера запорно-распределительного органа с перекрытием радиальных отверстий полого плунжера в его крайнем начальном положении "Закрыто", при этом торец гильзы со стороны канала отвода рабочей жидкости расположен на уровне, обеспечивающем открытие указанного канала, кроме того, распределительный узел снабжен уплотнениями в соединении пар возвратно-поступательного движения полого плунжера, два из которых эластичные кольцевые установлены в корпусе с обеих сторон по отношению к каналу отвода рабочей жидкости и радиальным отверстиям полого плунжера в положении "Закрыто", следующие два эластичные кольцевые расположены в гильзе с обеих сторон по отношению к радиальным отверстиям полого плунжера запорно- распределительного органа в положении "Закрыто", а последнее радиальное щелевое в соединении между полым плунжером и гильзой со стороны канала отвода рабочей жидкости.

Согласно изобретению в частном случае исполнения радиальное щелевое уплотнение выполнено лабиринтным.

Выполнение золотникового запорно-распределительного органа в виде полого плунжера с торцевыми и радиальными отверстиями, установленного в корпусе с сопряжением их цилиндрических поверхностей, и размещение внутри полого плунжера гильзы с отверстиями в обеих торцевых частях таким образом, чтобы перекрывались радиальные отверстия указанного полого плунжера в его крайнем начальном положении "Закрыто", при этом торец гильзы со стороны канала отвода находился бы на уровне, обеспечивающем открытие канала отвода, создает условия для компоновки уплотнений, исключающей возможность их выдавливания в полость с низким давлением под воздействием давления рабочей жидкости за счет изоляции уплотнений от перепада давления.

В положении полого плунжера запорно-распределительного органа "Закрыто" радиальные отверстия, предназначенные для сообщения с каналом отвода рабочей жидкости, расположены в зоне между эластичными кольцевыми уплотнениями гильзы. Полость, образованная радиальными отверстиями в соединении, герметизируется уплотнениями гильзы и корпуса. В этом положении нет выхода эластичных кольцевых уплотнений гильзы в указанную полость и, следовательно, нет условий для экструзии уплотнений под воздействием перепада давлений.

В начальный момент перемещения полого плунжера запорно-распределительного органа из положения "Закрыто" и частичном выходе радиальных отверстий из зоны, герметизируемой эластичными кольцевыми уплотнениями, начинается течение жидкости в радиальном щелевом уплотнении в соединении полого плунжера и гильзы в направлении из области высокого давления в область низкого давления. При прохождении жидкости через щелевое уплотнение происходит значительное снижение давления. Из щелевого уплотнения жидкость перетекает в полость, образованную радиальными отверстиями в соединении, где происходит дальнейшее снижение давления до величины, приближающейся к давлению на выходе, а затем направление движения жидкости меняется на противоположное жидкость начинает течь в радиальном зазоре между полым плунжером запорно-распределительного органа и корпусом в направлении канала отвода рабочей жидкости. В момент выхода радиальных отверстий из зоны, герметизируемой уплотнениями гильзы, эластичное кольцевое уплотнение гильзы не подвергается воздействию какого-либо существенного перепада давлений, т.к. давление жидкости в радиальном щелевом уплотнении в соединении полого плунжера и гильзы перед вышеназванным уплотнением и давление в полости, образованной радиальными отверстиями в соединении, приблизительно равны. В положении, когда эластичное кольцевое уплотнение гильзы попадает в полость, образованную радиальными отверстиями в соединении, оно находится под воздействием низкого давления.

Дальнейшее перемещение полого плунжера запорно-распределительного органа приводит к полному выходу радиальных отверстий из зоны между эластичными уплотнениями и к положению "Открыто", в котором, как и в промежуточных положениях, предотвращена возможность выдавливания эластичных уплотнений распределительного узла в полость низкого давления. При этом поперечное сечение канала отвода рабочей жидкости перекрывается до необходимого уровня.

Выполнение радиального щелевого уплотнения лабиринтным в частном случае исполнения повышает гидравлическое сопротивление и ограничивает переток жидкости из области высокого давления в область низкого давления, что способствует понижению давления перетекаемой жидкости на меньшей длине гильзы, и следовательно, уменьшению габаритов устройства в целом.

На чертеже изображен гидравлический распределитель, разрез.

Гидравлический распределитель содержит корпус 1 с каналами 2, 3 соответственно подвода и отвода рабочей жидкости и установленный в корпусе 1 распределительный узел 4, состоящий из снабженной механизмом фиксации 5 гильзы 6 с отверстием 7 в торце 8 со стороны канала 2 подвода рабочей жидкости, и золотникового запорно-распределительного органа, выполненного в виде полого плунжера 9, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в корпусе 1 с сопряжением их цилиндрических поверхностей. Полый плунжер 9 выполнен с торцевыми отверстиями 10, 11 и радиальными отверстиями 12, предназначенными для сообщения с каналом 3 отвода рабочей жидкости. Гильза 6 имеет отверстия 13 в торце 14 со стороны канала 3 отвода рабочей жидкости и установлена внутри полого плунжера 9 запорно-распределительного органа с перекрытием радиальных отверстий 12 плунжера 9 в его крайнем начальном положении "Закрыто". При этом торец 14 гильзы 6 со стороны канала 3 отвода рабочей жидкости расположен на уровне, обеспечивающем открытие канала 3 отвода, а торец 8 на уровне крайнего конечного положения полого плунжера 9 эапорно-распределительного органа "Открыто". Распределительный узел 4 гидравлического распределителя снабжен уплотнениями в соединении пар возвратно-поступательного перемещения полого плунжера 9, два из которых - эластичные кольцевые уплотнения 15, 16 установлены в корпусе 1 с обеих сторон по отношению к каналу 3 отвода рабочей жидкости и радиальным отверстиям 12 полого плунжера 9 в положении "Закрыто", следующие два эластичные кольцевые уплотнения 17, 18 установлены в гильзе 6 с обеих сторон по отношению к радиальным отверстиям 12 полого плунжера 9 в положении "Закрыто". Последнее уплотнение 19 радиальное щелевое находится в соединении между полым плунжером 9 и гильзой 6 со стороны канала 3 отвода рабочей жидкости.

В предпочтительном варианте исполнения с целью уменьшения габаритов устройства радиальное щелевое уплотнение 19 выполнено лабиринтным и размещено в гильзе 6. Полый плунжер 9 имеет на торце 20 крышку 21 с отверстиями 10, соединенную посредством штока 22 с поршнем 23 пневматического цилиндра 24 управления. Механизм фиксации 5 гильзы 6 выполнен в виде крышки 25 с отверстиями 13, установленной в торце 14 и жестко связанной посредством штока 26 с торцевой крышкой 27 корпуса 1.

Гидравлический распределитель работает следующим образом.

В крайнем начальном положении "Закрыто" полого плунжера 9 золотникового запорно-распределительного органа рабочая жидкость высокого давления от насосов (не показаны) подается по каналу 2 подвода рабочей жидкости и отверстиям 10 полого плунжера 9 в полость 28, образованную внутренними цилиндрическими повернностями корпуса 1, полого плунжера 9 и гильзы 6. В этом положении соединения пар возвратно-поступательного движения загерметизированы посредством уплотнений 15, 16 и 17-19.

При подаче сжатого воздуха в полость пневматического цилиндра 24 управления полый плунжер 9 золотникового запорно-распределительного органа перемещается в корпусе 1 под воздействием возросшего давления из положения "Закрыто". В определенный момент времени радиальные отверстия 12 плунжера 9 частично выходят за пределы зоны, герметизируемой эластичными кольцевыми уплотнениями 17, 18, и жидкость из области высокого давления начинает перетекать в область низкого давления, а именно из полости 28 по лабиринтному уплотнению 19 и радиальному зазору между гильзой 6 и полым плунжером 9 в полость 29, образованную радиальными отверстиями 13 в соединении. В момент выхода уплотнения 17 в полость 29 указанное уплотнение 17 не подвергается воздействию перепада давлений, т. к. давление жидкости в зазоре между гильзой 6 и полым плунжером 9 снижается за счет гидравлического сопротивления уплотнения 19 до величины, приблизительно равной давлению в полости 29. Из полости 29, где происходит дальнейшее снижение давления, жидкость низкого давления перетекает через радиальный зазор между плунжером 9 и корпусом 1 в канал 3 отвода рабочей жидкости. Уплотнение 17 в этот момент находится в полости 29 под воздействием низкого давления. Полый плунжер 9 перемещается в конечное положение "Ооткрыто", перекрывая канал 3 отвода рабочей жидкости до необходимого уровня.

Таким образом, эластичные кольцевые уплотнения гидравлического распределителя не подвергаются воздействию перепада давлений ни в одном из положений золотникового запорно-распределительного органа. Гидравлический распределитель обеспечивает более высокую степень герметичности соединений пар возвратно-поступательного перемещения за счет исключения явления экструзии уплотнений, повышение надежности и производительности за счет сокращения утечек жидкости. В то же время предлагаемая конструкция позволяет регулировать величину начального перекрытия поперечного сечения канала отвода рабочей жидкости и имеет уменьшенные габариты. Изобретение может найти применение в качестве распределительного механизма для машин и двигателей, в частности, в прокатном производстве для гидравлического сбивания окалины.

Использование: в гидроавтоматике. Сущность изобретения: в гидравлическом распределителе, содержащем корпус c каналами подвода и отвода и распределительный узел с уплотнениями, состоящий из гильзы и золотникового запорно-распределительного органа, последний выполнен в виде полого плунжера с торцевыми и радиальными отверстиями, а гильза имеет отверстие в торце со стороны канала отвода и установлена внутри полого плунжера с перекрытием его радиальных отверстий в начальном положении, при этом распределительный узел снабжен уплотнениями в соединении пар возвратно-поступательного движения плунжера, две пары из которых - эластичные кольцевые, а последнее - радиальное щелевое, например лабиринтное. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлический распределитель, содержащий корпус с каналами подвода и отвода рабочей жидкости и установленный в корпусе распределительный узел с уплотнениями, состоящий из снабженной механизмом фиксации гильзы с отверстием в торце со стороны канала подвода рабочей жидкости и золотникового запорно-распределительного органа, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в корпусе, отличающийся тем, что золотниковый запорно-распределительный орган выполнен в виде полого плунжера с торцевыми отверстиями и радиальными отверстиями для сообщения с каналом отвода рабочей жидкости, установленного в корпусе с сопряжением их цилиндрических поверхностей, а гильза имеет отверстие в торце со стороны канала отвода рабочей жидкости и установлена внутри полого плунжера запорно-распределительного органа с перекрытием радиальных отверстий полого плунжера в его крайнем начальном положении "Закрыто", при этом торец гильзы со стороны канала отвода рабочей жидкости расположен на уровне, обеспечивающем открытие указанного канала, кроме того, распределительный узел снабжен уплотнениями в соединении пар возвратно-поступательного движения полого плунжера, два из которых эластичные кольцевые установлены в корпусе с обеих сторон по отношению к каналу отвода рабочей жидкости и радиальным отверстиям полого плунжера в положении "Закрыто", следующие два эластичные кольцевые расположены в гильзе с обеих сторон по отношению к радиальным отверстиям полого плунжера запорно-распределительного органа в положении "Закрыто", а последнее радиальное щелевое в соединении между полым плунжером и гильзой со стороны канала отвода рабочей жидкости. 2. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что радиальное щелевое уплотнение выполнено лабиринтным.