УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G05D16/10 F16K17/20 

Изобретение относится к устройству ограничения давления.

Такое устройство ограничения давления известно из публикации "Клапан ограничения давления 475010" фирмы "ВАБКО Вестингаус", издание октябрь 1975 г. Из-за большого сечения соединения между камерой уменьшения давления этого устройства ограничения давления и служащей в качестве разгрузочной полости атмосферой негерметичность между переключающей камерой и камерой уменьшения давления у пневмо- или гидросистемы, оборудованной таким устройством ограничения давления, может привести к полной потере давления в ней.

В основу изобретения положена задача усовершенствования подобного устройства ограничения давления простыми средствами таким образом, чтобы в случае негерметичности между переключающей камерой и камерой уменьшения давления обеспечивалось поддержание по меньшей мере аварийного давления в пневмо- или гидросистеме.

Эта задача решается посредством изобретение, охарактеризованного в п. 1 формулы изобретения. Предпочтительный вариант исполнения приведен в зависимом пункте.

Изобретение может быть реализовано на устройствах ограничения давления любой конструкции, например, с мембранно-поршневым звеном, и в сочетании с любой рабочей средой, например также газообразной. Если в качестве рабочей среды служит воздух, то разгрузочная полость в общем случае образована самой атмосферой. В ином случае разгрузочной полостью является по существу лишенный избыточного давления относительно атмосферы улавливающий резервуар или сборник, служащий в общем и целом одновременно всасывающий полостью для система генерирования давления. Соединение между камерой уменьшения давления и разгрузочной полостью может осуществляться за счет непосредственного вывода в нее прохода из камеры уменьшения давления, а также через линию для рабочей среды.

Другие преимущества изобретения приведены в нижеследующем пояснения с помощью примеров осуществления. На чертежах показано следующее: фиг. 1: (схематично) одноконтурная пневмо- или гидросистема с устройством ограничения давления; фиг. 2 - (схематично) двухконтурная пневмо- или гидросистема с устройством ограничения давления; фиг. 3: (схематично) техконтурная пневмо- или гидросистема с устройством ограничения давления.

На фиг. 1 впуск 2 устройства 5 ограничения давления соединен с системой 1 генерирования давления, а выпуск 7 - с контуром 8 потребителя, который символически обозначен резервуаром.

В качестве рабочей среды служит воздух.

Система 1 генерирования давления содержит, как обычно, генератор давления (компрессор или насос), а также при необходимости аккумулятор, устройства регулирования давления, устройства охлаждения рабочей среды, устройства очистки рабочей среды и устройства высушивания рабочей среды и изображена лишь схематично, в виде блока.

В устройстве 5 ограничения давления предусмотрены переключающая камера 16 и камера 15 уменьшения давления. Переключающая камера 16 соединена с выпуском 7, а тем самым с контуром 8 потребителя. Камера 15 уменьшения давления соединена дросселем 12 с атмосферой, служащей в качестве разгрузочной полости. Устье дросселя 12 со стороны атмосферы закрыто эластичной шайбой 13. Она препятствует по принципу обратного клапана потоку из атмосферы в камеру 15 уменьшения давления и, таким образом, проникновению загрязнений и влаги.

В случае использования другой рабочей среды, нежели воздух, устье дросселя 12 со стороны атмосферы непосредственно или через линию для рабочей среды соединено со служащим тогда в качестве разгрузочной полости улавливающим резервуаром или сборником.

В устройстве 5 ограничения давления предусмотрен впускной клапан 3,4, состоящий из неподвижного впускного седла 3 и подвижного золотника 4. Неподвижное седло 3 охватывает проход в стенке корпуса между впуском 2 и выпуском 7.

Для управления движения золотника 4 устройство 5 ограничения давления содержит подвижное поршневое звено 10, 17, которое герметизирует переключающую камеру 16 от камеры 15 уменьшения давления. Поршневое звено 10, 17 имеет на своей обращенной и переключающей камере 16 стороне поверхность 9, посредством которой он нагружен давлением в переключающей камере 16. Это давление равно давлению на выпуске 7, а тем самым давлению в контуре потребителя.

На своей образующей заднюю сторону поверхности 9 стороне поршневое звено 10, 17 нагружено переключающей пружиной 11. Ее усилие можно регулировать известным образом посредством регулировочного винта и тарелки, подробно не показанных. Поршневое звено 10, 17 содержит шток 17, проходящий через проход в упомянутой стенке корпуса, охватываемый седлом 3. С помощью штока 17, идущего от поверхности 9, поршневое звено воздействует на золотник 4 клапана.

Вместо изображенного поршневого звена 10, 17 со скользящим уплотнительным элементом используются также мембранно-поршневые звенья.

В устройстве 5 ограничения давления предусмотрен также выпускной клапан 4, 6, образованный золотником 4 и выпускным седлом 6, расположенным на конце штока 17 со стороны золотника. Через поршневое звено проходит канал 14 уменьшения давления, заканчивающийся в седле 6 и в камере 15 уменьшения давления.

Золотник 4 прижат к седлу 3 запирающей пружиной (подробно не показана).

Пневмо- или гидросистема изображена в состоянии без давления, т.е. в состоянии, лишенном избыточного давления относительно атмосферного. В этом состоянии переключающая пружина 11 ослаблена до своей максимально возможной монтажной длины, за счет чего поршневое звено 10, 17 прижато к упору корпуса (подробно не показан). Этот упор определяет одновременно максимально возможную длину переключающей пружины 11 и тем самым, наряду со степенью ее сжатия, усилие, оказываемое переключающей пружиной 11 на переключающий поршень. Золотник 4 в этом положении прижат штоком против усилия запирающей пружины в положение, в котором выпускной клапан 4, 6 закрыт, а впускной клапан 3, 4 полностью открыт.

При вступления в действие системы 1 генерирования давления подаваемая ею рабочая среда течет сначала через открытый впускной клапан 3, 4 от впуска 2 к выпуску 7, а оттуда - в контур 8 потребителя. При этом во всей пневмо- или гидросистеме создается одинаковое давление. По мере его возрастания поршневое звено 10, 17 за счет сжатия переключающей пружины 11 удаляется от упомянутого упора корпуса, т.е. движется на чертеже вниз. Золотник 4 следует за этим движением под действием запирающей пружины до прилегания к неподвижному впускному седлу 3, за счет чего впускной клапан 3, 4 закрывается. Выпускной клапан 4,6 остается при этом закрытым. Давление в системе, при котором закрывается впускной клапан 3,4, является ограниченным давлением устройства 5.

Дальнейшее возрастание давления на впуске 2, вызванное непрерывной подачей системы генерирования давления, не может теперь распространиться в контур 8 потребителя. Поэтому давление в контуре потребителя не может превысить значение ограниченного давления.

Если теперь, например, вследствие расхода рабочей среды или из-за утечек, давление в контуре 8 потребителя, а тем самым давление в переключающей камере 16 падает ниже значения ограниченного давления, то переключающая пружина 11 ослабляется и движет поршневое звено 10,17 и золотник 4 в направлении открывания впускного клапана 3,4, так что рабочая среда подтекает в контур 8 потребителя до восстановления ограниченного давления.

Если по какой-либо причине, например, вследствие нагрева, давление в контуре потребителя стремится превысить ограниченное давление, то переключающая пружина напрягается, за счет чего поршневое звено 10, 17 движется на чертеже вниз. При этом выпускное седло 6 отделяется от удерживаемого впускным седлом 3 золотника 4, открывая за счет этого выпускной клапан 4, 6. Через открытый выпускной клапан 4,6 рабочая среда может уйти из контура 8 потребителя до восстановления ограниченного давления в нем по каналу 14 уменьшения давления в камеру 15 уменьшения давления, а из нее через дроссель 12 - в атмосферу.

Предположим теперь, что между переключающей камерой 16 и камерой 15 уменьшения давления возникла негерметичность, которая приводит к падению давления в контуре потребителя ниже значения ограниченного давления. Такая негерметичность может быть вызвана, например, дефектом уплотнительного элемента поршневого звена 10, 17 или поломкой последнего. Тогда, как оказано выше, впускной клапан 3, 4 открывается при закрытом выпускном клапане 4,6. Если потерянное количество рабочей среды, выходящее через негерметичный участок в камеру 15 уменьшения давления и оттуда в атмосферу, мало, то система 1 может поддержать ограниченное давление в контуре 8 потребителя или по меньшей мере более низкое аварийное давление во всей пневмо- или гидросистеме.

Если же неплотность велика, то потерянное количество рабочей среды могло бы быть настолько большим, что система 1 с устройством ограничения давления согласно уровню техники не была бы способна поддержать по меньшей мере аварийное давление. Такому большому потерянному количеству рабочей среды препятствует дроссель 12, который ограничивает выходящее через неплотность потерянное количество рабочей среды в любом случае до такого значения, которое позволяет системе 1 поддерживать аварийное давление в пневмо- или гидросистеме.

Для достижения этого результата сечение дросселя 12 должно соответствовать мощности системы 1. Это значит, что в принципе, со снижением мощности системы 1 должно уменьшаться и сечение дросселя. В случае системы 1 с изменяющейся мощностью, обычной, например, в транспортных средствах вследствие изменения частоты вращения двигателя, это необходимо учитывать при расчете сечения дросселя.

На фиг. 2 изображена двухконтурная пневмо- или гидросистема, в которой единственный на фиг. 1 контур 8 потребителя представляет собой первый контур, а второй контур 21 расположен между впуском 2 устройства ограничения давления и системой 1 генерирования давления.

Пусть давление в первом контуре потребителя P₈, а во втором - P₂₁ • P₈ в качестве максимального значения P_8M может принять значение ограниченного давления устройства 5, а P₂₁ в качестве максимального значения P_21M наибольшее давление подачи системы 1.

Такие пневмо- или гидросистемы, в которых ко второму контуру потребителя с более высоким уровнем давления через устройство ограничения давления подключен первый контур с меньшим уровнем давления, общеизвестны. В качестве примера такой пневмо- или гидросистемы следует назвать тормозную систему для транспортных средств, в которой вторым контуром потребителя с более высоким уровнем давления может быть рабочий тормозной контур, а первым контуром потребителя с меньшим уровнем давления - вспомогательный тормозной контур и/или контур вспомогательного устройства и/или контур управления и снабжения прицепа.

В подобной пневмо- или гидросистеме принято присоединять первый контур потребителя ко второму через обратный клапан. Обратный клапан, который может соответствовать, например, описанному в публикации "Обратный клапан 434014" фирмы "ВАБКО Вестингаус", издание 1973 г., расположен тогда между впуском устройства ограничения давления и вторым контуром потребителя таким образом, что обеспечивает поток рабочей среды из второго контура в первый и препятствует потоку рабочей среды в противоположном направлении.

В рассмотренном примере исполнения вместо обычного обратного клапана между впуском 2 устройства 5 ограничения давления и вторым контуром 21 потребителя расположен обратный клапан 22 с заданным давлением открывания P_О. Определение давления открывания P_О может осуществляться, например, исходя из того, что пружина, служащая обычно только для надежного закрывания, оказывает на золотник определенное усилие. Такой обратный клапан открывается при отсутствии давления на выпускной стороне, т.е. если на его выпускной стороне имеется только атмосферное давление, всегда в том случае, если на его стороне натекания возникает установленное давление открывания P_О. Если после открывания обратного клапана давление на его стороне стекания возрастает, то обратный клапан поддерживает разность давлений со значением давления открывания P_О между его сторонами натекания и выпуска.

Эта характеристика обратного клапана с заданным установленным давлением открывания P_О означает в данном случае, что обратный клапан 22 открыт для потока рабочей среды из второго контура 21 потребителя в направлении первого контура 8 всегда в том случае, когда разность между давлением P₂₁ в первом контуре потребителя равна давлению открывания P_О, а также то, что обратный клапан 22 всегда устанавливает эту разность давлений.

Давление открывания обратного клапана 22 установлено именно на разность между наибольшими значениями давлений в контурах потребителей, т.е. P_О = P_21M - P_8M.

При заполнении пневмо- или гидросистемы по фиг. 2, исходя из ее состояния без давления, рабочая среда течет через открытый впускной клапан 3,4 устройства 5 ограничения давления лишь после того, как во втором контуре 21 потребителя будет создано давление открывания P_О обратного клапана 22. Затем давления P₂₁ и P₈ возрастают с соблюдением разности P_О = P_21M - P_8M, пока в контурах 8 и 21 потребителей не будут достигнуты соответствующие максимальные значения P_8M и P_21M. Теперь закрыт также впускной клапан 3,4 устройства 5 ограничения давления.

Если теперь возникнет упомянутый в примере исполнения на фиг. 1 случай большой негерметичности между переключающей камерой 16 и камерой 15 уменьшения давления устройства 5 ограничения давления, то система 1 генерирования давления обеспечит поддержание по меньшей мере аварийного давления P_8Not в первом контуре 8 потребителя. Этому давлению соответствует, однако, во втором контуре 21 потребителя давление P_21Not = P_8Not + P_О, увеличенное на значение давления открывания P_О обратного клапана 22. При возникновении так называемой большой негерметичности следовательно во втором контуре 21 потребителя поддерживается аварийное давление P_21Not, которое на значение давления открывания P_О больше аварийного давления P_8Not в первом контуре 8 потребителя.

Как уже сказано, в принципе, с уменьшением мощности системы генерирования давления должно уменьшаться и сечение дросселя. В пневмно- или гидросистеме с обычным обратным клапаном вместо обратного клапана 22 с заданным давлением открывания это означает очень маленькое сечение дросселя, если при низкой мощности системы 1 во втором контуре 21 потребителя должно поддерживаться высокое аварийное давление P_21Not. Также в этом отношении выбранное исполнение обратного клапана 22 является предпочтительным. Оно обеспечивает нужное высокое аварийное давление P_21Not во втором контуре 21 потребителя с сечением дросселя, которое больше, чем при использования обычного обратного клапана, легче в изготовления и менее восприимчиво к загрязнению.

Описанное выше основное исполнение пневмо- или гидросистемы на фиг. 2 может быть усовершенствовано за счет расположения перепускного клапана между системой 1 генерирования давления и вторым контуром 21 потребителя, а также перепускного клапана между выпуском 7 устройства 5 ограничения давления и первым контуром 8 потребителя. Такие перепускные клапаны обозначены на фиг. 2 в виде изображенных штриховыми линиями блоков 20 и 23 соответственно и служат для обеспечения последовательно заполнения контуров потребителей, а в случае дефекта в одном из контуров 8 или 21 - для обеспечения работы другого контура. Давление открывания перепускного клапана 23, соответствующего первому контуру 8 потребителя, должно лежать ниже ограниченного давления устройства 5. Давление открывания перепускного клапана 20, соответствующего второму контуру 21 потребителя, не должно быть, однако, выше давления открывания перепускного клапана 23. Целесообразно, если давление открывание перепускного клапана 20 второго контура 21 потребителя на значение давления открывания P_О обратного клапана 22 больше давления открывания перепускного клапана 23 первого контура 8 потребителя.

В качестве дополнительной возможности усовершенствования примера исполнения предусмотрено изображенное штриховой линией устройство 24 ограничения давления любой конструкции между системой 1 генерирования давления и вторым контуром 21 потребителя. Ограниченное давление этого устройства 24 должно быть установлено на наибольшее значение давления P_21M во втором контуре 21 потребителя, так что разность между ограниченными давлениями обоих устройств 24 и 5 соответствует давление открывания P_O обратного клапана 22. При этом усовершенствовании система 1 генерирования давления, например, для увеличения мощности всей пневмо- или гидросистемы, может быть рассчитана на еще более высокий уровень давления.

На фиг. 3 изображена трехконтурная пневмо- или гидросистема, в которой между впуском 2 устройства 5 ограничения давления и системой 1 генерирования давления параллельно второму контуру 21 потребителя расположен дополнительный второй контур 31 потребителя. Между этим контуром 31 и впуском 2 устройства 5 ограничения давления расположен обратный клапан 32 с тем же заданным давлением открывания, что и у обратного клапана 22. Оба обратных клапана могут быть объединены поэтому в один узел с использованием общей пружины.

Для дополнительного второго контура 31 потребителя и его взаимодействия с остальной пневмо- или гидросистемой действительно изложенное в связи со вторым контуром 21 потребителя.

Такие пневно- или гидросистемы общеизвестны. В качестве примера следует назвать двухконтурную тормозную систему транспортного средства, в которой каждый тормозной контур изображен одним из вторых контуров 21 и 31 потребителей. Также между дополнительным вторым тормозным контуром 31 и системой 1 генерирования давления можно для усовершенствования варианта исполнения расположить перепускной клапан 30, как это изображено штриховой линией.

Дополнительные вторые контуры, к которым относится только что сказанное, можно расположить параллельно изображенным вторым контуром.

Пневмо- или гидросистему можно также усовершенствовать за счет одного или нескольких дополнительных первый контуров, к которым относится соответственно сказанное в отношении первого контура 8 потребителя. В качестве примера штриховой линией изображен дополнительный первый контур 34 потребителя. Он так же, как и первый контур 8, может быть усовершенствован изображенным штриховой линией перепускным клапаном 33.

В качестве перепускных клапанов, упомянутых в усовершенствованных примеров исполнения, могут найти применение конструкции, описанные в публикации "Перепускной клапан 434100" фирмы "ВАБКО Вестингаус", издание август 1973 г. причем точная конструкция обусловлена частным случаем. Упомянутые в примерах исполнения перепускные клапаны образуют вместе с обратным клапаном или клапанами защитную систему, к которой может относиться, например, сказанное в патенте США N 4817502. Из этой публикации известно также, что такие защитные системы могут быть объединены в виде блока в многоконтурный защитный клапан.

Поскольку в вышеуказанном нет ничего противоречивого, то рассуждения в отношении одного примера исполнения относятся в остальном и к другим примерам исполнения.

Специалисту ясно, что объем охраны изобретения не ограничен описанными примерами его осуществления, а включает в себя все варианты, признаки которых подчинены формуле изобретения.

Устройство ограничения давления содержит поршневое звено, которое герметизирует нагруженную выпускным давлением переключающую камеру от соединенной с разгрузочной полостью камеры уменьшения давления. В случае неплотности между переключающей камерой и камерой уменьшения давления вся пневмо- или гидросистема, содержащая устройство ограничения давления, может быть лишена давления. Изобретение предлагает расположить в соединении между камерой уменьшения давления и разгрузочной полостью дроссель. За счет этого достигается технический результат, который состоит в том, что несмотря на названную неплотность обеспечивается поддержание полного давления на выпуске или по меньшей мере одного аварийного давления во всей пневмо- или гидросистеме. Наиболее распространенной областью применения изобретения являются тормозные системы транспортных средств. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство ограничения давления, содержащее впуск (2), соединенный с системой (1) генерирования давления, выпуск (7), соединенный по меньшей мере с одним контуром (8, 34) потребителя давления, впускной клапан (3,4) для соединения впуска (2) с выпуском (7), выпускной клапан (4, 6) для соединения выпуска (7) с камерой (15) уменьшения давления, соединенной с разгрузочной полостью, переключающую пружину (11), подвижное поршневое звено (10, 17) для открывания и закрывания клапанов (3,4 и 4,6) и отделения с герметизацией соединенной с выпуском (7) переключающей камеры (16) от камеры (15) уменьшения давления, причем поршневое звено (10, 17) установлено с возможностью нагружения в направлении открывания выпускного клапана (4, 6) и закрывания впускного клапана (3,4) давлением в переключающей камере (16), а в направлении открывания впускного клапана (3,4) и закрывания выпускного клапана (4,6) - переключающей пружиной (11), отличающееся тем, что в соединении между камерой (15) уменьшения давления и разгрузочной полостью расположен дроссель (12). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при соединении его впуска (2) с системой генерирования давления через по меньшей мере один второй контур (21, 31) потребителя с уровнем давления, превышающем уровень давления контура (8, 34) потребителя, соединенного с выпуском (7) устройства (5) ограничения давления, между впуском (2) устройства (5) ограничения давления и вторым контуром (21, 31) потребителя давления предусмотрен обратный клапан (22, 32) с заданным давлением открывания, которое равно разности между уровнями давлений в контурах (21, 8) потребителей.