ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в пневмосистемах управления автотранспортных средств.

Известен клапан с электромагнитным управлением, содержащий запорный орган, взаимодействующий с седлом и отрывающийся от седла навстречу давлению напорной среды в подводящей линии с помощью толкателя, приводимого в движение якорем. Толкатель снабжен запорным органом, взаимодействующим с седлом выпускного клапана, расположенного вблизи якоря. При обесточенном клапане соединение потребителя со сливом осуществляется через выпускной клапан по каналу, выполненному в якоре. При включенном клапане запорный орган впускного клапана, отрываемый от седла толкателем, осуществляет связь подводящей линии через присоединительный элемент с потребителем (патент Германии N 3938136, МПК F 16 К 31/02, 1989 г.).

Указанное техническое решение характеризуется недостаточной надежностью при работе в пневмосистемах из-за отсутствия усилия, предварительно прижимающего запорный орган впускного клапана к седлу. При наличии ударных и вибрационных нагрузок, которые имеются при эксплуатации автотранспортных средств, применение данного клапана практически невозможно. Кроме того, при малых расходах среды и при вертикальном расположении клапана возможны большие утечки через впускную клапанную пару.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является трехходовой электропневматический клапан, содержащий цилиндрическо-конический корпус с выполненными в средней части фланцами из магнитомягкого материала, соединенными немагнитной проставкой, между которыми установлена электромагнитная обмотка с электрическими выводами, закрытая магнитопроводящим каркасом, сопряженным с фланцами корпуса. В корпусе установлен подвижный якорь. опирающийся с одной стороны через упругий элемент на стоп, на котором выполнено хотя бы oднo отверстие, сообщенное с атмосферой, а другой стороной совместно с корпусом образует выпускную клапанную пару. В якоре установлен стержень (толкатель), взаимодействующий с подпружиненным запорным органом впускного клапана, седло которого расположено в корпусе. Запорный орган выполнен с уплотняющим элементом и с хвостовиком, пропущенным через направляющую втулку, имеющую входные каналы. В корпусе между электромагнитной обмоткой и входным седлом выполнены каналы отвода воздуха к рабочим органам (потребителю), которые соединяют полость клапана с потребителем (патент РФ N 2003907, МПК F 16 К 31/02, 1992 г.).

В известном электропневматическом клапане седла впускного и выпускного клапанов расположены в корпусе. Для достижения надежной герметичности требуется достижение определенной чистоты уплотняющихся поверхностей при заданных удельных нагрузках на уплотнение. Корпус выполнен из магнитомягкого материала, а эти материалы в основном мягкие и добиться высокой чистоты обработки уплотняющихся поверхностей трудно. Добиться надежной герметичности можно было бы и за счет увеличения удельной нагрузки на уплотнение, что возможно за счет увеличения усилия прижатия запорных органов к седлу. В данном клапане удельная нагрузка на уплотнение выпускного клапана при срабатывании клапана резко возрастает за счет увеличения магнитных сил. В то же время для увеличения удельной нагрузки на уплотнение впускного клапана необходимо увеличивать усилие пружины, действующее на запорный орган. Увеличение усилия пружины приводит к увеличению тягового усилия электромагнита, которое возможно при увеличении энергопотребления, веса и габаритов клапана. Неразъемное выполнение электромагнитной обмотки на корпусе не позволяет заменить катушку или детали корпуса при обнаружении технологических дефектов в процессе изготовления и процессе эксплуатации, что удорожает себестоимость клапана. Кроме того, выполнение канала отвода рабочей среды к потребителю в корпусе представляет определенные технологические трудности, так как ступенчатый канал в корпусе, в зоне выхода канала отвода, представляет собой глубокое отверстие малого диаметра. При эксплуатации известного клапана в автотранспортных средствах, где не исключены атмосферные осадки и дорожная пыль, необходимо предусматривать дополнительную защиту полости клапана. Отсутствие в известном клапане распределительной коробки ограничивает его функциональные возможности.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются повышение надежности и герметичности, снижение трудоемкости изготовления и расширение функциональных возможностей клапана.

Поставленные задачи решаются следующим образом. В электромагнитном клапане, содержащем электромагнит с электрическими выводами и каркасом из магнитомягкого материала, корпус, выполненный составным, состоящим из фланца и гильзы, соединенных между собой немагнитной проставкой, внутри которого установлен якорь с каналами, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным выходом, взаимодействующий одним торцом с упругим элементом, установленным между якорем и стопом, а другим торцом образующий в зоне немагнитной проставки выпускную клапанную пару с корпусом, толкатель, установленный в якоре и взаимодействующий с запорным органом впускного клапана, который выполнен с хвостовиком, пропущенным через направляющую втулку с отверстиями, и взаимодействует с седлом, пружину, установленную между втулкой и запорным органом впускного клапана, рабочее усилие которой больше, чем усилие упругого элемента, действующего на якорь, распределительную коробку с полостью, в которой установлено седло впускного клапана, которое выполнено отдельно от корпуса и прижато к направляющей втулке запорного органа фланцем корпуса, а канал отвода рабочей среды потребителю сообщен с полостью клапана каналом, выполненным на торце седла со стороны взаимодействия с фланцем корпуса, а электромагнит, выполненный съемным, прижат к фланцу корпуса стопом, где закреплен упругий элемент, выполненный в виде обратного клапана из эластичного материала, который прикрывает каналы атмосферного выхода, расположенные по периферии стопа и взаимодействует упругим концом с торцом якоря, пропущенным сквозь центральное отверстие стопа.

В вариантах исполнений электромагнитного клапана стоп может быть выполнен в виде штуцера с прокладкой, а упругий элемент в виде пружины.

В электромагнитном клапане распределительная коробка может быть выполнена с несколькими входными каналами, сообщенными между собой, по крайней мере два из которых расположены на одной оси и выполнены на противоположных параллельных поверхностях.

На фиг. 1 и 2 показаны варианты исполнения электромагнитного клапана в разрезе.

Электромагнитный клапан (фиг.1) содержит электромагнит 1, имеющий обмотку с электрическими выводами 2, закрытую каркасом 3 из магнитомягкого материала, корпус 4, выполненный составным, состоящим из фланца 5 и гильзы 6, соединенных между собой немагнитной проставкой 7. В корпусе 4 установлен подвижный якорь 8 с каналами 9, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным выходом А. Якорь 8 одним торцом взаимодействует с упругим элементом 10, закрепленным на стопе 11, а другим торцом, имеющим уплотнение, образует выпускную клапанную пару Г с корпусом 4. Клапанная пара Г находится в зоне немагнитной проставки 7. В якоре установлен толкатель 12, который воздействует на запорный орган 13 впускного клапана Д усилием упругого элемента 10. При этом усилие упругого элемента 10 меньше, чем усилие пружины 14, действующей на запорный орган со стороны хвостовика, пропущенного через направляющую втулку 15. Корпус 4 с помощью винтов закреплен к распределительной коробке 16. Внутри коробки 16 установлено седло 17 с каналами 18, соединяющими полость клапана с отводным каналом Б. Электромагнит 1 выполнен съемным и закреплен на корпусе стопом 11, имеющем периферийные каналы А, которые закрыты обратным клапаном 19, исключающим попадание посторонних частиц в полость клапана. При этом обратный клапан 19 и упругий элемент 10 представляют цельную деталь из эластичного материала, которая закреплена на стопе 11. Для отделения полости клапана от атмосферы и от входной полости В предусмотрены прокладки 20 и 21.

В электромагнитном клапане (фиг.2) стоп, закрепляющий электромагнит 1 к корпусу, выполнен в виде штуцера 22 для отвода отработанной рабочей среды для других целей (например, для обдува электрического разъема, для повторного использования и т.д.). Между стопом 11 и гильзой 6 установлена герметизирующая прокладка 23, а в качестве упругого элемента использована пружина 24.

Как вариант исполнения, распределительная коробка 16 может иметь несколько входных каналов, в частности 3, два из которых B1, B2 расположены на одной оси и на противоположных поверхностях, что позволяет собрать несколько клапанов в блоки с одним общим подводящим трубопроводом.

Работает электромагнитный клапан следующим образом (см. фиг.1).

Рабочий агент (воздух, газ, жидкость) по подводящему трубопроводу поступает через канал В во входную полость клапана, поджимая наряду с пружиной 14 запорный орган 13 к седлу 17. При этом следует отметить, что усилия пружины 14 достаточно для обеспечения надежной герметичности клапанной пары Д и при малых давлениях рабочего агента, так как седло выполнено раздельно от корпуса и может быть изготовлено из любого материала (в том числе из пластмасс), где легко достигается высокая чистота обработки контактирующей поверхности, следовательно, не требуются высокие удельные нагрузки для обеспечения надежной герметичности клапанной пары.

Электромагнитный клапан работает следующим образом. При подаче напряжения питания к электрическим выводам 2 электромагнита 1 возникают электромагнитные силы, притягивающие якорь 8 к корпусу 4, причем эти силы резко возрастают по мере уменьшения зазора Е. Под действием данных магнитных сил клапанная пара Г закрывается, одновременно якорь 8 через толкатель 12 открывает клапанную пару Д, преодолевая усилие пружины 14 и сил давления, действующих на запорный орган 13. При этом входная полость клапана В сообщается с каналом потребителя Б через каналы 18, расположенные между торцом седла 17 и фланцем 5 корпуса 4. В связи с тем, что клапанная пара Г закрыта, рабочий агент поступает потребителю. Электромагнитный клапан открыт.

При сбросе напряжения питания с электромагнита магнитные силы исчезают, якорь 8 под действием пружины 14 отходит от корпуса 4, одновременно запорный орган 13 садится на свое седло 17, отделяя входную полость В от полости Б. При этом полость Б (полость потребителя) сообщается с полостью атмосферного выхода. Рабочий агент из полости Б через каналы 18 и 9, открывая обратный клапан 19, сбрасывается в атмосферу. Якорь 8 под действием сил давления рабочего агента, сбрасываемого в атмосферу, двигается в сторону стопа 11 до тех пор, пока не наступит равновесие сил упругого элемента 10 и сил давления. По мере сбрасывания рабочего агента давление его падает и под действием усилия упругого элемента 10 якорь возвращается в исходное положение, а обратный клапан 19 за счет своей упругости закрывает каналы сброса А. Электромагнитный клапан закрыт. Следует отметить, что при движении якоря к стопу происходит сплющивание упругого элемента, тем самым обеспечивается надежное крепление его и обратного клапана 19 на стопе. При работе электромагнитного клапана на режиме одиночных включений движение якоря происходит плавно и без шума, а при работе на импульсном режиме на движение якоря оказывают влияние и электромагнитные силы, придающие якорю дополнительную кинетическую энергию благодаря наличию свободною хода (более чем зазор Е), что ускоряет быстродействие клапана.

На фиг.2 приведена конструктивная схема варианта электромагнитного клапана, где стоп выполнен в виде штуцера 22 для отвода отработанного рабочего агента. Сбросной канал А отделен от атмосферы герметизирующей прокладкой 23, установленной между гильзой 6 и штуцером 22. В качестве упругого элемента используется пружина 24. Данный вариант клапана дает возможность применения его с рабочими агентами, представляющими экологическую опасность, а также при необходимости повторного использования рабочего агента. Работа данного варианта клапана аналогична работе клапана, описанного выше.

В электромагнитных клапанах (фиг. 1, 2) распределительная коробка 16 может иметь несколько входных каналов, сообщенных между собой, например три (В, B1, B2), два из которых (B1 и B2) выполнены на одной оси и на противоположных параллельных поверхностях. Такое исполнение распределительной коробки позволяет собрать несколько клапанов в блоки, что позволяет расширить функциональные возможности клапанов, сократить количество подводящих трубопроводов.

Предлагаемый электромагнитный клапан (варианты) уже может быть освоен промышленностью в настоящее время. В ООО "Объединение Родина" изготовлена опытная партия электромагнитных клапанов с условными проходными сечениями от 2 до 4 мм. Проведенные стендовые испытания и испытания в условиях эксплуатации показали достаточную надежность клапана и низкую себестоимость изготовления (на 40-45%) по сравнению с аналогичными устройствами, применяемыми в настоящее время. Принято решение о серийном производстве указанных электромагнитных клапанов.

Изобретение предназначено для использования в пневмосистемах управления автотранспортных средств. Электромагнитный клапан содержит электромагнит, имеющий обмотку с электрическими выводами, закрытую каркасом из магнитомягкого материала. Корпус клапана выполнен составным, состоящим из фланца и гильзы, соединенных между собой немагнитной проставкой, внутри него установлен подвижный якорь с каналами, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным входом. Якорь взаимодействует одним торцом с упругим элементом, установленным между якорем и стопом, а другим торцом образует в зоне немагнитной проставки выпускную клапанную пару с корпусом. Толкатель установлен в якоре и взаимодействует с запорным органом выпускного клапана. Последний выполнен с хвостовиком, пропущенным через направляющую втулку с отверстиями и взаимодействующим с седлом. Пружина установлена между втулкой и запорным органом впускного клапана. Рабочее усилие этой пружины больше, чем усилие упругого элемента, действующего на якорь. Распределительная коробка содержит полость, сообщенную с входными каналами и имеющую отводной канал, сообщенный с полостью клапана. Седло впускного клапана выполнено отдельно от корпуса, расположено в полости распределительной коробки и прижато к направляющей втулке запорного органа фланцем корпуса с образованием отводного канала с торцом седла. Электромагнит выполнен съемным и прижат к фланцу корпуса стопом, где закреплен упругий элемент, выполненный в виде обратного клапана из эластичного материала, который прикрывает каналы атмосферного выхода, расположенные по периферии стопа, и взаимодействующего упругим концом с торцом якоря, пропущенным сквозь центральное отверстие стопа. В другом варианте выполнения электромагнит может быть прижат к фланцу корпуса стопом, выполненным в виде штуцера с уплотняющей прокладкой. Изобретение позволяет повысить надежность и герметичность, снизить трудоемкость изготовления и расширить функциональные возможности устройства. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электромагнитный клапан, содержащий электромагнит, имеющий обмотку с электрическими выводами, закрытую каркасом из магнитомягкого материала, корпус, выполненный составным, состоящим из фланца и гильзы, соединенных между собой немагнитной проставкой, внутри которого установлен подвижный якорь с каналами, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным входом, взаимодействующий одним торцом с упругим элементом, установленным между якорем и стопом, а другим торцом образующий в зоне немагнитной проставки выпускную клапанную пару с корпусом, толкатель, установленный в якоре и взаимодействующий с запорным органом выпускного клапана, который выполнен с хвостовиком, пропущенным через направляющую втулку с отверстиями, и взаимодействующим с седлом, пружину, установленную между втулкой и запорным органом впускного клапана, рабочее усилие которой больше, чем усилие упругого элемента, действующего на якорь, распределительную коробку с полостью, сообщенной с входными каналами, имеющую отводной канал, сообщенный с полостью клапана, отличающийся тем, что седло впускного клапана выполнено отдельно от корпуса, расположено в полости распределительной коробки и прижато к направляющей втулке запорного органа фланцем корпуса с образованием отводного канала с торцом седла, а электромагнит, выполненный съемным, прижат к фланцу корпуса стопом, где закреплен упругий элемент, выполненный в виде обратного клапана из эластичного материала, который прикрывает каналы атмосферного выхода, расположенные по периферии стопа, и взаимодействующего упругим концом с торцом якоря, пропущенным сквозь центральное отверстие стопа. 2. Электромагнитный клапан, содержащий электромагнит, имеющий обмотку с электрическими выводами, закрытую каркасом из магнитомягкого материала, корпус, выполненный составным, состоящим из фланца и гильзы, соединенных между собой немагнитной проставкой, внутри которого установлен подвижный якорь с каналами, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным входом, взаимодействующий одним торцом с упругим элементом, установленным между якорем и стопом, а другим торцом образующий в зоне немагнитной проставки выпускную клапанную пару с корпусом, толкатель, установленный в якоре и взаимодействующий с запорным органом выпускного клапана, который выполнен с хвостовиком, пропущенным через направляющую втулку с отверстиями, и взаимодействующим с седлом, пружину, установленную между втулкой и запорным органом впускного клапана, рабочее усилие которой больше, чем усилие упругого элемента, действующего на якорь, распределительную коробку с полостью, сообщенной с входными каналами, имеющую отводной канал, сообщенный с полостью клапана, отличающийся тем, что седло впускного клапана выполнено отдельно от корпуса и расположено в полости распределительной коробки и прижато к направляющей втулке запорного органа фланцем корпуса с образованием отводного канала с торцом седла, а электромагнит, выполненный съемным, прижат к фланцу корпуса стопом, выполненным в виде штуцера с уплотняющей прокладкой. 3. Электромагнитный клапан по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что распределительная коробка имеет несколько входных каналов, сообщенных между собой, по крайней мере, два из которых расположены на одной оси и на противоположных параллельных поверхностях.