ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН Российский патент 2000 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к области машиностроения, к узлам и агрегатам автономных пневмогидросистем.

Известен приводной клапан одноразового действия, содержащий запорный орган в виде цилиндрического стакана, подпружиненного ударника, стопора ударника и электромагнита (см. а.с. 331208, F 16 K 31/02). Недостатком данной конструкции является большая масса электромагнитного привода. Стопор ударника расположен в проточке, перпендикулярно подпружиненному ударнику. Усилие на перемещение стопора равно приблизительно усилию трения стопора о проточку ударника и составляет ~ 20% от усилия пружины. Так как усилие пружины ударника должно быть большим, то соответственно будет большой масса электромагнитного привода для преодоления этого усилия.

Близким по конструкции является электропневмоклапан, состоящий из подпружиненного запорного органа, штока с закрепленной на нем и подпружиненной защелкой, один конец которой выполнен в виде двуплечего рычага, подпружиненного поршня, на котором расположен подпружиненный рычаг. На корпусе выполнена проточка под защелку (см. а.с. N 591647, кл. F 16 K 31/02). Для закрытия клапана и возврата его в исходное положение в приведенной конструкции к приводному поршню необходимо приложить усилие, требуемое для сжатия четырех пружин, кроме того, точка приложения усилия на защелке от поршня в приведенной конструкции находится на плече, определяемом диаметром расточки и меньше диаметра расточки, а вторая точка приложения находится на диаметре расточки втулки. Данная конструкция не позволяет построить рычаг с большим соотношением сил. Все это приводит к необходимости обеспечить большое усилие на поршне, что требует его большого диаметра, массы и габаритов.

Техническим результатом от предложенного решения являются уменьшенные габариты и масса клапанной части, уменьшенное требуемое усилие тяги электромагнита, соответственно ниже масса и его мощность.

Сущность предложенного технического решения состоит в том, что электропневмоклапан, содержащий корпус, подпружиненный запорный орган, электромагнит с якорем, защелку, снабжен установленным внутри исполнительного органа и жестко связанным с корпусом стаканом, в котором размещена защелка, на коротком плече которой выполнен паз с дном, расположенным ниже осевой линии, и опорной поверхностью, взаимодействующей с окном, имеющимся на исполнительном органе, при этом на другом плече защелки выполнена опорная поверхность, взаимодействующая с якорем электромагнита.

На фиг. 1 изображен электропневмоклапан в разрезе.

Электропневмоклапан состоит из корпуса 1, исполнительного органа 2 с бойком 3, пружины 4, стакана 5, защелки 6, электромагнита 7, якоря 8. Против бойка 3 установлена мембрана 9, перекрывающая вход 10 и выход 11 клапана. Стакан 5 располагается внутри исполнительного органа 2 вдоль оси клапана и является одновременно направляющей для исполнительного органа 2. Стакан 5 имеет паз 12, в котором вдоль оси клапана размещена защелка 6, закрепленная с помощью пальца 13. Стакан 5 закреплен в корпусе 1 с помощью гайки 14. На исполнительном органе 2 выполнено окно 15. Защелка коротким плечом 16, обращенным к исполнительному органу 2, входит в окно 15. На коротком плече 16 защелки 6 выполнен паз 17, имеющий опорную поверхность 18. Торец 19 окна 15 исполнительного органа 2 поджат пружиной 4 к опорной поверхности 18 защелки 6. Второе длинное плечо 20 защелки 6 имеет опорную поверхность 21, которая взаимодействует с якорем 8. Опорная поверхность 18 защелки 6 в исходном положении воспринимает нагрузку силой R от пружины 4, приложенной к исполнительному органу 2 (см. фиг.2) по оси клапана. Паз 17 выполнен таким образом, что дно 22 паза находится ниже осевой линии клапана. Это позволяет приблизить опорную точку 23 приложения силы R на поверхности 18 к осевой линии клапана, на которой находится ось пальца 13, и обеспечить минимальную величину высоты воздействия силы R относительно оси пальца 13. Выполнение стакана 5 и защелки 6 внутри исполнительного органа 2 позволяет выполнить защелку 6 с большой длиной второго плеча 20, обращенной к якорю 8, с точкой 24 приложения усилия R₁ к якорю 8. Условие равенства моментов от сил относительно оси пальца 8:
Rа = R₁b,
R - усилие пружины 4,
а - высота приложения усилия R,
R₁ - усилие - реакция опоры якоря 8 на усилие R,
b - высота приложения усилия R₁ в точке 24.

Так как высота "а" выполнена с min возможным приближением к оси, то b >> а, что приводит к R₁ << R, т. е. на якорь воздействует минимально возможное усилие R₁. Усилие R₁ приложено перпендикулярно линии перемещения якоря 8. Для сдвига якоря 8 по оси клапана требуется усилие, равное усилию трения скольжения от R₁, так как коэффициент трения скольжения для сталей приблизительно равен ~ 0,1-0,2, то усилие на якоре 8 равно ~ 1/5R₁. В реальных конструкциях при "а" ~ 0,5-1 мм "b" ~ 20-30 мм. Соотношение требуемого усилия тяги R_тяги электромагнита 7 и усилия пружины R_пруж4 R_тяги/R_пруж4 ~ 1/100.

Клапан работает следующим образом. В исходном положении вход 10 и выход 11 перекрыты мембраной 9. При подаче напряжения на электромагнит 7 якорь 8 притягивается к стопу 25 электромагнита 7, преодолевая усилие трения 1/5 R от реакции R1. Якорь 8 выходит из зацепления с опорной поверхностью 21 длинного плеча 20 защелки 6. Неуравновешенное усилие R пружины 4 на высоте "а" короткого плеча за счет приближения точки приложения к оси клапана и, соответственно, "а" к нулю, позволившее уменьшить усилие на якоре 8 и, соответственно, массу и габариты электромагнита, поворачивает защелку 6 вокруг оси пальца 13. Опорная поверхность 18 паза 17 выводит из зацепления с торцем 19 окна 15 исполнительного органа 2. На исполнительный орган 2 воздействует только усилие R от пружины 4, которая перемещает исполнительный орган 2 и боек 3 в сторону мембраны 9 и прорывает ее, сообщая вход 10 с выходом 11. Клапан открыт.

Предложенное решение за счет установки внутри исполнительного органа 2 стакана 5, жестко связанного с корпусом 1, в котором размещена защелка 6, на коротком плече 16 которой выполнен паз 17 с дном 22, расположенным ниже осевой линии, и опорной поверхностью 18, взаимодействующей с окном 15, имеющимся на исполнительном органе 2, и выполнения на другом длинном плече 20 защелки 6 опорной поверхности 21, взаимодействующей с якорем 8 электромагнита 7, позволило:
обеспечить срабатывание клапана от одной пружины,
уменьшить габариты клапанной части,
уменьшить усилие на якоре 8 и, соответственно, мощность, габариты и массу электромагнита 7,
тем самым в целом уменьшить массу и габариты электропневмоклапана по отношению к прототипу.

Электропневмоклапан предназначен для использования в узлах и агрегатах автономных пневмогидросистем. Электропневмоклапан содержит корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку. При этом электропневмоклапан снабжен установленным внутри исполнительного органа и жестко связанным с корпусом стаканом. В стакане размещена защелка. На коротком плече защелки выполнен паз с дном, расположенным ниже ее осевой линии, и опорной поверхностью, взаимодействующей с окном. Окно расположено на исполнительном органе. На другом плече защелки выполнена опорная поверхность, взаимодействующая с якорем электромагнита. Изобретение позволяет уменьшить массу и габариты электропневмоклапана, повысить его надежность и безопасность. 2 ил.

Электропневмоклапан, содержащий корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку, отличающийся тем, что он снабжен установленным внутри исполнительного органа и жестко связанным с корпусом стаканом, в котором размещена защелка, на коротком плече которой выполнен паз с дном, расположенным ниже ее осевой линии, и опорной поверхностью, взаимодействующей с окном, имеющимся на исполнительном органе, при этом на другом плече защелки выполнена опорная поверхность, взаимодействующая с якорем электромагнита.