САМОЗАПИРАЮЩАЯСЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МУФТА И СПОСОБ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F16L37/36 

Изобретения относятся к машиностроительной гидравлике и могут быть использованы в гидравлических агрегатах и системах изделий авиационной и ракетной техники, преимущественно для монтажа и демонтажа гидрокомпенсаторов, а также в других областях техники.

Известна самозапирающаяся гидравлическая муфта, содержащая две полумуфты, корпус каждой из которых снабжен каналом для подвода жидкости, и элементы фиксации полумуфт по отношению друг к другу [1]. В расточке корпуса одной из полумуфт с возможностью осевого перемещения установлен запорный орган в виде подпружиненного плунжера, а в корпусе другой - подпружиненный шарик. Известен способ использования самозапирающейся гидравлической муфты, заключающийся во встречном перемещении стыкуемых полумуфт до упора и одновременной фиксации их взаимного положения (затягиванием накидной гайки одной из полумуфт) при стыковке и в расфиксации их взаимного положения при одновременном перемещении расстыковываемых полумуфт в противоположных направлениях от положения их упора друг в друга до разрыва их контакта друг с другом при расстыковке [1]. Недостатком описанного выше устройства является ограниченная область применения (при малых диаметрах условного прохода). Недостатком способа является чувствительность процесса расстыковки к радиальному смещению запорного органа - шарика в процессе расстыковки муфты, что ограничивает область применения малыми диаметрами условного прохода.

Указанного недостатка устройства лишена выбранная в качестве прототипа самозапирающаяся гидравлическая муфта, содержащая две полумуфты, корпус каждой из которых снабжен каналом для подвода жидкости, и элементы фиксации полумуфт по отношению друг к другу [2]. В расточке корпуса каждой из полумуфт с возможностью осевого перемещения в направляющих установлен запорный орган в виде подпружиненного плунжера. Указанного недостатка лишен способ использования самозапирающейся гидравлической муфты, заключающийся во встречном перемещении стыкуемых полумуфт до упора и одновременной фиксации их взаимного положения (затягиванием накидной гайки одной из полумуфт) при стыковке, и в расфиксации их взаимного положения при одновременном перемещении расстыковываемых полумуфт в противоположных направлениях от положения их упора друг в друга до разрыва их контакта друг с другом при расстыковке [2], выбранный в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства являются низкая надежность из-за невозможности контроля положения элементов муфты при стыковке и расстыковке, а также при разгерметизации гидравлических полостей расстыкованных полумуфт при поломке пружин или заклинивании плунжеров, а также сложность конструкции. Недостатком этого способа являются низкая надежность из-за совмещения во времени процессов фиксации - расфиксации и сообщения - разобщения гидравлических полостей полумуфт, что не дает возможности контроля положения запорных органов полумуфт при стыковке и расстыковке и обусловливает возможность разгерметизации гидравлических полостей полумуфт в случае заклинивания запорных органов.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленных изобретений, является повышение надежности и упрощение конструкции.

Этот результат достигается за счет того, что в известной самозапирающейся гидравлической муфте, содержащей две полумуфты, корпус каждой из которых снабжен каналом для подвода жидкости, а в расточке корпуса с возможностью осевого перемещения установлен запорный орган, и элементы фиксации полумуфт по отношению друг к другу, согласно изобретению канал каждого из корпусов выполнен выходящим на цилиндрическую поверхность расточки корпуса, запорный орган каждой полумуфты выполнен в виде втулки с фланцем, а в радиальных зазорах между втулками и расточками установлены уплотнения, размещенные по разные стороны от выходящего на цилиндрическую поверхность расточки канала, при этом втулка одной из полумуфт снабжена полым пальцем, выполненным с возможностью осевого перемещения в отверстии втулки другой полумуфты, и между цилиндрическими поверхностями пальца и отверстия размещено радиальное уплотнение для герметизации радиального зазора между ними.

Этот результат достигается за счет того, что в известном способе использования самозапирающейся гидравлической муфты, заключающемся во встречном перемещении стыкуемых полумуфт до упора и фиксации их взаимного положения при стыковке, и в расфиксации их взаимного положения и перемещении расстыковываемых полумуфт в противоположных направлениях от положения их упора друг в друга до разрыва их контакта друг с другом при расстыковке, согласно изобретению при стыковке встречное перемещение полумуфт производят в положении, при котором внутренняя полость каждой втулки разобщена с каналом своей полумуфты, до достижения контакта фланцев втулок друг с другом, после чего осуществляют выдвижение втулки каждой полумуфты из соответствующей расточки до положения, в котором внутренняя полость втулки сообщена с каналом соответствующей полумуфты и изолирована от наружной поверхности полумуфты, а затем производят фиксацию корпусов полумуфт и втулок в этом положении, а при расстыковке предварительно производят расфиксацию корпусов полумуфт и их втулок, затем производят изоляцию внутренней полости втулки одной полумуфты от канала этой полумуфты путем утапливания этой втулки в соответствующей расточке до упора, после чего производят изоляцию внутренней полости втулки другой полумуфты от канала этой полумуфты путем утапливания втулки другой полумуфты в соответствующей расточке до упора, при этом утапливание втулки другой полумуфты производят с одновременным выдвижением полого пальца одной из полумуфт из отверстия втулки другой полумуфты при сохранении герметичности между пальцем и отверстием втулки другой полумуфты, после чего производят окончательную расстыковку полумуфт посредством их перемещения в противоположных направлениях в положении, при котором внутренняя полость каждой втулки разобщена с каналом своей полумуфты.

Поскольку заявленное в формуле изобретения устройство не может быть использовано посредством какого-либо другого, кроме указанного, способа, и так как заявленный способ позволяет получить технический результат лишь при использовании самозапирающейся гидравлической муфты, удовлетворяющей заявленной формуле устройства, то очевидно, что в заявке описана группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом. Так как заявленные совокупности существенных признаков устройства и способа позволяют повысить надежность срабатывания и упростить конструкцию, то заявленные устройство и способ соответствуют критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения самозапирающейся гидравлической муфты, продольный разрез, в состыкованном положении; на фиг. 2 - то же, в расстыкованном положении, на фиг. со 2 по 10 показаны операции способа ее использования (фиг. 2,3,4,5 и 6 - стадии стыковки муфты, фиг. 7,8,9 и 10 - стадии расстыковки муфты).

Самозапирающаяся гидравлическая муфта содержит две полумуфты 1 и 2. Корпуса 3 и 4 полумуфт снабжены каналами 5 и 6 соответственно для подвода жидкости из трубопроводов или полостей устройств, сообщенных с каналами 5 и 6 (не показаны). В корпусах 3 и 4 выполнены расточки 7 и 8, в которых размещены запорные органы - втулки 9 и 10 с фланцами 11 и 12. Каналы 5 и 6 выполнены выходящими на цилиндрическую поверхность расточек 7 и 8 соответственно. В радиальных зазорах между втулками и расточками установлены уплотнения 13, 14, 15 и 16. Уплотнения 13 и 14 размещены по разные стороны от выходящего на цилиндрическую поверхность расточки 7 канала 5 корпуса 3, а уплотнения 15 и 16 размещены по разные стороны от выходящего на цилиндрическую поверхность расточки 8 канала 6 корпуса 4. Втулки 9 и 10 установлены с возможностью осевого перемещения в расточках 7 и 8, что обеспечивается выполнением их наружных поверхностей, входящих в расточки, в виде цилиндров постоянного диаметра. На втулках выполнены сквозные отверстия 17 и 18. Втулка 10 полумуфты 2 снабжена полым пальцем 19, выполненным с возможностью осевого перемещения в отверстии 17 втулки 9 полумуфты 1. Между цилиндрическими поверхностями пальца 19 и отверстия 17 размещено радиальное уплотнение 20 для герметизации радиального зазора между ними. Муфта снабжена элементами фиксации полумуфт 1 и 2 по отношению друг к другу, выполненных в виде стяжных болтов 21, стягивающих корпуса 3 и 4, и дистанционных сухарей 22 и 23, обеспечивающих расчетное положение втулок 9 и 10 по отношению к каналам 5 и 6.

Самозапирающаяся гидравлическая муфта работает следующим образом. В состыкованном положении (см. фиг. 1) канал 5 полумуфты 1 сообщен с отверстием 17 втулки 9 и с отверстием 18 втулки 10, палец 19 которой размещен в отверстии 17. Отверстие 18 сообщено с каналом 6 полумуфты 2. Таким образом канал 5 сообщен с каналом 6. Сообщение канала 5 с отверстием 17 обеспечивается установкой сухаря 22 между фланцем 11 и корпусом 3, который (вместе со стягивающими корпуса 3 и 4 болтами 21) обеспечивает положение втулки 9 в расточке 7, при котором уплотнение 14 не контактирует со втулкой 9, а уплотнение 13 контактирует, обеспечивая внешнюю герметичность полумуфты 1. Сообщение канала 6 с отверстием 18 обеспечивается установкой сухаря 23 между фланцем 12 и корпусом 4, который (вместе со стягивающими корпуса 3 и 4 болтами 21) обеспечивает положение втулки 10 в расточке 8, при котором уплотнение 16 не контактирует со втулкой 10, а уплотнение 15 контактирует, обеспечивая внешнюю герметичность полумуфты 2. Герметичность стыка 4 полумуфт 1 и 2 обеспечивается уплотнением 20 между поверхностями пальца 19 и отверстия 17. В расстыкованном положении (см. фиг. 2) канал 5 полумуфты 1 разобщен с отверстием 17 втулки 9 за счет того, что последняя утоплена в расточке 7 до упора фланца 11 в корпус 3, при этом уплотнения 13 и 14 контактируют со втулкой 9, обеспечивая внешнюю герметичность полумуфты 1 и изоляцию канала 5 от отверстия 17. Канал 6 полумуфты 2 разобщен с отверстием 18 втулки 10 за счет того, что последняя утоплена в расточке 8 до упора фланца 12 в корпус 4, при этом уплотнения 15 и 16 контактируют со втулкой 10, обеспечивая внешнюю герметичность полумуфты 2 и изоляцию канала 6 от отверстия 18. Заметим, что из-за выполнения наружных поверхностей втулок 9 и 10, входящих в расточки 7 и 8, в виде цилиндров постоянного диаметра, равнодействующие сил давления жидкости в каналах 5 и 6 на втулки 9 и 10 равны нулю, что позволяет не фиксировать упор фланцев 11 и 12 в корпуса 3 и 4 соответственно специальными крепежными элементами (такие элементы могут быть предусмотрены как дополнительная степень предохранения муфты от разгерметизации в расстыкованном положении при случайных, несанкционированных воздействиях на элементы муфты).

Способ использования самозапирающейся гидравлической муфты осуществляют следующим образом. При стыковке в исходном положении (фиг. 2) палец 19 находится вне отверстия 17, и полумуфты 1 и 2 не имеют контакта друг с другом, при этом втулка 9 утоплена в расточке 7 до упора фланца 11 в корпус 3 и внутренняя полость втулки 9 (отверстие 17) разобщена с каналом 5 полумуфты 2, а втулка 10 утоплена в расточке 8 до упора фланца 12 в корпус 4 и внутренняя полость втулки 10 (отверстие 18) разобщена с каналом 6 полумуфты 1. В этом положении производят встречное перемещение полумуфт 1 и 2, вводя палец 19 внутрь отверстия 17, до достижения контакта фланцев 11 и 12 втулок друг с другом (это положение показано на фиг. 3). В этом положении каналы 5 и 6 остаются разобщенными от отверстий 17 и 18, а радиальный зазор между поверхностями пальца 19 и отверстия 17 уплотнен радиальным уплотнением 20. После этого осуществляют выдвижение втулки 9 полумуфты 1 из расточки 7 до положения, в которое внутренняя полость втулки 9 - отверстие 17, а также отверстие 18 сообщены с каналом 5 полумуфты 1 и изолированы уплотнением 13 от наружной поверхности полумуфты 1, а уплотнением 16 от канала 6 полумуфты 2. При этом сохраняют контакт фланцев 11 и 12 втулок друг с другом. Контроль выдвижения втулки 9 из расточки 7 до положения, в котором внутренняя полость втулки 9 сообщена с каналом 5, производят измерением размера между фланцем 11 и торцем корпуса 3 до момента, когда он становится равным расчетному значению H (этот размер является конструктивным параметром). Указанное положение показано на фиг. 4. Далее производят выдвижение втулки 10 полумуфты 2 из расточки 8 до положения, в втором внутренняя полость втулки 10 - отверстие 18 - сообщено с каналом 6 полумуфты 2 и изолированы уплотнением 15 от наружной поверхности полумуфты 2. При этом сохраняют контакт фланцев 11 и 12 втулок друг с другом. Контроль выдвижения втулки 10 из расточки 8 до положения, в котором внутренняя полость втулки 10 сообщена с каналом 6, производят измерением размера между фланцем 12 и торцем корпуса 4 до момента, когда он становится равным расчетному значению S (этот размер является конструктивным параметром). Указанное положение показано на фиг. 5. В нем канал 5 сообщен с каналом 6 через отверстие 18, при этом внешняя герметичность муфты обеспечивается уплотнениями 13, 15 и 20. В качестве завершающей операции процесса стыковки производят фиксацию полумуфт 1 и 2 в этом положении посредством установки болтов 21, стягивающих полумуфты, и сухарей 22 и 23 (фиг. 6). При расстыковке производят расфиксацию корпусов полумуфт и их втулок путем снятия болтов 21 и удаления сухарей 22 и 23 (фиг. 7), затем производят изоляцию внутренней полости втулки одной полумуфты (в данном примере полумуфты 1) от канала 5 этой полумуфты путем утапливания втулки 9 в расточке 7 до упора. В этом положении (фиг. 8) внутренняя полость втулки 9 - отверстие 17 - изолируется от канала 5 уплотнением 14. После этого производят изоляцию внутренней полости втулки 10 полумуфты 2 от канала 6 этой полумуфты путем утапливания втулки 10 в расточке 8 до упора с одновременным выдвижением полого пальца 19 полумуфты 2 из отверстия 17 втулки 9 полумуфты 1 при сохранении герметичности между пальцем 19 и отверстием 17. В этом положении (фиг. 9) внутренняя полость втулки 10 - отверстие 18 - изолируется от канала 6 уплотнением 16. Необходимость выдвижения полого пальца 19 полумуфты 2 из отверстия 17 втулки 9 полумуфты 1 вытекает из того, что после захода втулки 10 в контакт с уплотнением 16 между торцем втулки 10 и дном расточки 8 образуется замкнутый объем жидкости, который препятствует дальнейшему продвижению втулки 10 в расточку 8. Дальнейшее продвижение втулки 10 в расточке 8 до упора можно осуществить лишь позволив этому объему жидкости перетечь в цилиндрическую полость V, образуемую в отверстии 17 при выдвижении из нее пальца 19 на величину, определяемую обыкновенным математическим расчетом исходя из геометрических размеров элементов муфты. Необходимость сохранения герметичности между пальцем 19 и отверстием 17 обусловлена недопущением разгерметизации уплотнения 20 при недоведении втулки 10 до упора внутрь расточки 8 (в таком случае возможно вытекание большого количества жидкости из канала 6, если уплотнение 16 не находится в контакте с втулкой 10). Последней операцией расстыковки является перемещение полумуфт 1 и 2 в противоположных направлениях в положении, при котором внутренняя полость втулок 9 и 10 разобщена с каналами 5 и 6 соответственно до разрыва их контакта друг с другом.

В результате использования заявленных изобретений упрощается конструкция муфты - устраняются пружины, все уплотнительные поверхности представляют собой цилиндры, что весьма повышает технологичность - и повышается надежность использования муфты: каждую операцию способа использования легко проконтролировать, что невозможно в способе - прототипе. Кроме того, при использовании заявленного устройства в составе агрегатов ракетно-космической техники, где одна из полумуфт выполнена на корпусе гидроагрегата, а другая подключена к гидромагистрали, отстыковываемой при монтаже гидроагрегата в гидросистему, из-за достигнутого упрощения конструкции максимально снижается масса полумуфты на гидроагрегате, т.к. масса запорного органа - втулки 10 может быть значительно снижена за счет уменьшения размеров (минимизация массы устройств является одним из приоритетных требований в ракетно-космической технике).

Литература
1. Машиностроение, Энциклопедический справочник, -М., Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1949 г., т. 12, стр. 423, фиг. 2,б.

2. Т.М. Башта, Гидравлические приводы летательных аппаратов, -М., Машиностроение, 1967 г., стр. 291, рис. 2.27 (прототип).

Муфта предназначена для монтажа и демонтажа гидрокомпенсаторов и может быть использована в машиностроительной гидравлике. Муфта содержит две полумуфты, корпус каждой из которых снабжен каналом для подвода жидкости, а в расточке корпуса с возможностью осевого перемещения установлен запорный орган, и элементы фиксации полумуфт по отношению друг к другу. При этом канал каждого из корпусов выполнен выходящим на цилиндрическую поверхность расточки корпуса. Запорный орган каждой полумуфты выполнен в виде втулки с фланцем. В радиальных зазорах между втулками и расточками установлены уплотнения, размещенные по разные стороны от выходящего на цилиндрическую поверхность расточки канала. Втулка одной из полумуфт снабжена полым пальцем, выполненным с возможностью осевого перемещения в отверстии втулки другой полумуфты, и между цилиндрическими поверхностями пальца и отверстия размещено радиальное уплотнение для герметизации радиального зазора между ними. Технический результат - повышение надежности и упрощение конструкции муфты. 2 с.п.ф-лы, 10 ил.

1. Самозапирающаяся гидравлическая муфта, содержащая две полумуфты, корпус каждой из которых снабжен каналом для подвода жидкости, а в расточке корпуса с возможностью осевого перемещения установлен запорный орган, и элементы фиксации полумуфт по отношению друг к другу, отличающаяся тем, что канал каждого из корпусов выполнен выходящим на цилиндрическую поверхность расточки корпуса, запорный орган каждой полумуфты выполнен в виде втулки с фланцем, а в радиальных зазорах между втулками и расточками установлены уплотнения, размещенные по разные стороны от выходящего на цилиндрическую поверхность расточки канала, при этом втулка одной из полумуфт снабжена полым пальцем, выполненным с возможностью осевого перемещения в отверстии втулки другой полумуфты, и между цилиндрическими поверхностями пальца и отверстия размещено радиальное уплотнение для герметизации радиального зазора между ними. 2. Способ использования самозапирающейся гидравлической муфты, заключающийся во встречном перемещении стыкуемых полумуфт до упора и фиксации их взаимного положения при стыковке, и в расфиксации их взаимного положения и перемещении расстыковываемых полумуфт в противоположных направлениях от положения их упора друг в друга до разрыва их контакта друг с другом при расстыковке, отличающийся тем, что при стыковке встречное перемещение полумуфт производят в положении, при котором внутренняя полость каждой втулки разобщена с каналом своей полумуфты, до достижения контакта фланцев втулок друг с другом, после чего осуществляют выдвижение втулки каждой полумуфты из соответствующей расточки до положения, в котором внутренняя полость втулки сообщена с каналом соответствующей полумуфты и изолирована от наружной поверхности полумуфты, а затем производят фиксацию корпусов полумуфт и втулок в этом положении, а при расстыковке предварительно производят расфиксацию корпусов полумуфт и их втулок, затем производят изоляцию внутренней полости втулки одной полумуфты от канала этой полумуфты путем утапливания этой втулки в соответствующей расточке до упора, после чего производят изоляцию внутренней полости втулки другой полумуфты от канала этой полумуфты путем утапливания втулки другой полумуфты в соответствующей расточке до упора, при этом утапливание втулки другой полумуфты производят с одновременным выдвижением полого пальца одной из полумуфт из отверстия втулки другой полумуфты при сохранении герметичности между пальцем и отверстием втулки другой полумуфты, после чего производят окончательную расстыковку полумуфт посредством их перемещения в противоположных направлениях в положении, при котором внутренняя полость каждой втулки разобщена с каналом своей полумуфты.