УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ КАНАЛА Российский патент 2002 года по МПК F16K3/26 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в гидравлических агрегатах и системах изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Известно устройство для перекрытия канала, содержащее корпус с полостью и пересекающим ее осесимметричным каналом, запорный орган, установленный в полости с возможностью возвратно-поступательного движения на величину Н в перпендикулярном оси канала направлении, перекрытия канала в одном из своих крайних положений и сообщения разделенных полостью частей канала в другом крайнем положении, и приводной шток, жестко связанный с запорным органом [1] . Недостатком этого устройства является большое гидравлическое сопротивление в открытом положении, вызванное внезапным расширением и последующим сужением канала в открытом положении.

Указанного недостатка лишено устройство для перекрытия канала, содержащее корпус с цилиндрической полостью диаметром D₁ и перпендикулярно пересекающим ее осесимметричным каналом, запорный орган в виде контактирующего с ней по своей наружной поверхности цилиндрического ползуна, установленный в полости с возможностью возвратно-поступательного движения на величину Н в перпендикулярном оси осесимметричного канала направлении, перекрытия осесимметричного канала в одном из своих крайних положений и сообщения разделенных полостью частей осесимметричного канала в другом крайнем положении посредством перепускного отверстия диаметра D в запорном органе, а также приводной шток, связанный с запорным органом, установленный с возможностью перемещения параллельно запорному органу на величину h, при этом ось цилиндрического ползуна пересечена с осью перепускного отверстия, которая, в свою очередь, параллельна оси осесимметричного канала, а также радиальное уплотнение, размещенное в канавке на цилиндрической поверхности одной из частей осесимметричного канала [2], выбранное в качестве прототипа.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции (из-за необходимости обработки пространственных уплотнительных поверхностей плавающих втулок), а также низкая надежность, вызванная неравномерным трением уплотнительных колец о запорный орган, имеющий остые кромки в местах выхода на его поверхность перепускного отверстия, что может привести к выходу колец из канавок, их скручиванию и заклиниванию в перепускном отверстии.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является упрощение конструкции и повышение надежности.

Этот результат достигается за счет того, что в известном устройстве для перекрытия канала, содержащем корпус с цилиндрической полостью диаметром D₁ и перпендикулярно пересекающим ее осесимметричным каналом, запорный орган в виде контактирующего с ней по своей наружной поверхности цилиндрического ползуна, установленный в полости с возможностью возвратно-поступательного движения на величину Н в перпендикулярном оси осесимметричного канала направлении, перекрытия осесимметричного канала в одном из своих крайних положений и сообщения разделенных полостью частей осесимметричного канала в другом крайнем положении посредством перепускного отверстия диаметра D в запорном органе, а также приводной шток, связанный с запорным органом, установленный с возможностью перемещения параллельно запорному органу на величину h, при этом ось цилиндрического ползуна пересечена с осью перепускного отверстия, которая, в свою очередь, параллельна оси осесимметричного канала, а также радиальное уплотнение, размещенное в канавке на цилиндрической поверхности одной из частей осесимметричного канала, согласно изобретению в ползуне выполнено параллельное перепускному дополнительное отверстие диаметра D, ось которого размещена на расстоянии Н от оси перепускного отверстия и пересечена с осью ползуна, в дополнительном отверстии установлен контактирующий с ним по своей наружной поверхности цилиндрический плунжер с возможностью возвратно-поступательного движения относительно дополнительного отверстия, при этом в ползуне между дополнительным отверстием и ближайшем к нему торцем ползуна также выполнено соосное ему цилиндрическое отверстие, а в плунжере - сквозной паз, стенки которого параллельны оси ползуна, причем в цилиндрическом отверстии и пазе размещен приводной шток, в котором неподвижно установлен перпендикулярно осям плунжера и штока штифт диаметром d, а в боковых стенках паза выполнены перпендикулярные им наклонные под углом α по отношению к оси плунжера параллельные друг другу прорези шириной d со скругленными краями и размерами z и х в направлениях оси штока и оси плунжера соответственно, прорези выполнены с возможностью охвата выступающих из штока концов штифта, причем канавка с размещенным в ней радиальным уплотнением выполнена на цилиндрической поверхности диаметром D, ближайшей к наиболее удаленным от перепускного отверстия краям прорезей части осесимметричного канала, а дальний от оси полости торец канавки удален от нее на расстояние S, и конец плунжера, максимально удаленный от ближайших к перепускному отверстию краев прорезей на величину L, снабжен заходной фаской длиной f и минимальным диаметром D₀, при этом ползун снабжен фиксатором углового положения по отношению к цилиндрической полости, и величины h и α определяются формулами
h=Н+z-d,

а величины длины плунжера R и L должны удовлетворять условиям


Так как заявленная совокупность существенных признаков устройства позволяет упростить конструкцию и повысить надежность, то заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения устройства для перекрытия канала, продольный разрез, в открытом положении, на фиг.2 - то же, в перекрытом положении (штриховыми линиями изображен шток в положении, соответствующем фиг. 1), на фиг. 3 и 4 - поперечные сечения по А-А и Б-Б соответственно.

Устройство для перекрытия канала содержит сборный корпус 1 с цилиндрической полостью 2 диаметром D₁ и пересекающим ее осесимметричным каналом 3. Ось полости 2 выполнена перпендикулярной оси канала 3. В полости 2 установлен запорный орган 4, выполненный в виде контактирующего с ней по своей наружной поверхности цилиндрического ползуна 5, в котором выполнены перепускное отверстие 6 диаметра D и параллельное перепускному дополнительное отверстие 7 диаметра D. Запорный орган 4 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения на величину Н в перпендикулярном оси канала 3 направлении, что обеспечивается выполнением осевого размера полости 2, превышающим высоту ползуна 5 на величину Н. Запорный орган 4 установлен с возможностью сообщения разделенных полостью 2 частей канала 3 посредством перепускного отверстия 6 в одном своем крайнем положении (см. фиг.1). Оси отверстий 6 и 7 выполнены пересекающими ось ползуна 5 и параллельными оси канала 3. Ось дополнительного отверстия 7 размещена на расстоянии Н от оси перепускного отверстия 6. В отверстии 7 установлен контактирующий с ним по своей наружной поверхности цилиндрический плунжер 8 длиной R с возможностью возвратно-поступательного движения по отношению к дополнительному отверстию 7. В ползуне 5 между дополнительным отверстием 7 и ближайшем к нему торцем 9 ползуна 5 выполнено соосное ему цилиндрическое отверстие 10, а в плунжере 8 - сквозной паз 11 (на фиг. 1, 2 показан пунктиром), стенки которого параллельны оси ползуна 5. В цилиндрическом отверстии 10 и пазе 11 размещен приводной шток 12, связанный с запорным органом 4, установленный с возможностью перемещения параллельно запорному органу 4 на величину h. В штоке 12 неподвижно установлен перпендикулярно осям плунжера 8 и штока 12 штифт 13 диаметром d. В боковых стенках паза 11 выполнены перпендикулярные им наклонные под углом α по отношению к оси плунжера 8 параллельные друг другу прорези 14 шириной d со скругленными краями. Размеры прорезей 14 в направлениях оси штока 12 и оси плунжера 8 равны z и х соответственно. Прорези 14 охватывают выступающие из штока концы штифта 13. Поверхность ближайшей к наиболее удаленным от перепускного отверстия 6 краям прорезей части канала 3 (правой на фиг.1, 2, 3, 4) выполнена цилиндрической диаметром D и на ней выполнена канавка 15, в которой размещено радиальное уплотнение 16. Дальний от оси полости торец канавки 15 удален от этой оси на расстояние S, а конец плунжера, максимально удаленный от ближайших к перепускному отверстию 6 краев прорезей 14 (правый на фиг. 1, 2, 3, 4) на величину L, снабжен заходной фаской 17 длиной f и минимальным диаметром D₀. Ползун 5 снабжен фиксатором 18 углового положения по отношению к цилиндрической полости 2, выполненном в виде штифта, входящего в паз ползуна 5. Из фиг.1 очевидно, что расстояния между центрами скругленных краев прорезей 14 равны (z-d) и (х-d) по направлению оси штока 12 и оси плунжера 8 соответственно. Так как ось прорезей наклонена под углом α по отношению к оси плунжера 8, то величина α определяется формулой:

Величины R и L удовлетворяют условиям:


Устройство работает следующим образом. В исходном положении (см. фиг.1 и 3) части канала 3 сообщены перепускным отверстием 6, ползун 5 и шток 12 находятся в крайних верхних (по фиг.1) положениях. При этом плунжер 8 размещен внутри отверстия 7 и не выходит за пределы цилиндрической полости 2. Штифт 13 расположен в верхних, наиболее удаленных от перепускного отверстия 6 краях прорезей 14. При приведении штока 12 посредством одного из известных приводных механизмов, например механизма "винт-гайка" (на иллюстрациях не показан), в вертикальное движение сверху вниз (в общем случае по направлению от дополнительного отверстия к перепускному) штифт 13 нажимает на нижние края прорезей 14, создаваемое им усилие раскладывается на составляющие, параллельные оси ползуна и оси плунжера. Поскольку плунжер в исходном положении ограничен в своем движении цилиндрической стенкой полости 2, то он вместе с ползуном 5 опускается вниз до тех пор, пока его край с фаской минимальным диаметром D₀ полностью не зайдет в отверстие правой части канала 3. Совмещение осей плунжера 8 и канала 3 в угловом направлении обеспечивается фиксатором 18. Совмещение осей плунжера 8 и канала 3 в вертикальном направлении обеспечивается благодаря тому, что межосевое расстояние между отверстиями 6 и 7 равно величине хода ползуна Н. Теперь плунжер 8 имеет возможность смещения вправо, что он и делает под воздействием составляющей, параллельной оси плунжера. При этом заходная фаска 17 обеспечивает равномерное сжатие радиального уплотнения 16 и вход в него наружной поверхности плунжера 8. Конечное положение устройства, при котором канал 3 перекрыт плунжером 8, показано на фиг.2 и 4. При необходимости открыть канал 3 шток 12 приводят в вертикальное движение снизу вверх (в общем случае по направлению от перепускного отверстия к дополнительному), штифт 13 нажимает на верхние края прорезей 14. Плунжер 8 передвигается влево, пока он не выйдет из правой части канала, и далее ползун 5 передвигается вверх, пока не упрется в верхнюю часть корпуса 1 и обе части канала 3 не сообщатся посредством перепускного отверстия 6. При этом ползун 5 и шток 12 находятся в крайних нижних положениях, а штифт 13 расположен в нижних, наиболее приближенных к перепускному отверстию 6 краях прорезей 14. Очевидно, что при перемещении штока вниз он сначала перемещается вместе с ползуном на величину Н, а затем дополнительно опускается на величину (z-d) при выдвижении плунжера вправо на величину (х-d), т.е. h= Н+z-d.

Ограничения, накладываемые на величины S, R и L, обусловлены двумя условиями, необходимыми для функционирования устройства.

Во-первых, в открытом состоянии плунжер 8 вписан в окружность сечения ползуна 5, т. е. в окружность диаметром D₁, при этом штифт находится в верхнем правом крае прорезей. В предельном случае, когда плунжер краями заходной фаски касается стенок полости 2, правый край плунжера удален от оси ползуна на величину Q, определяемую по теореме Пифагора:

В то же время это расстояние (см. фиг.1) равно:
Q=L-x+0,5d (9)
Очевидно, что правый край плунжера всегда будет вписан в окружность диаметром D₁ при условии:

Аналогичным образом, в предельном случае, когда плунжер своим левым краем касается стенок полости 2, левый край плунжера удален от оси ползуна на величину W, определяемую по теореме Пифагора:

В то же время это расстояние (см. фиг.1) равно:
W=R-L+x-0,5d (12)
Очевидно, что левый край плунжера всегда будет вписан в окружность диаметром D₁ при условии:

Сложив два вышеприведенных неравенства, получим приведенное в формуле изобретения ограничение для величины R.

Во-вторых, в перекрытом состоянии плунжер 8 уплотнен по своей цилиндрической поверхности уплотнением 16, т.е. линия пересечения заходной фаски с наружным диаметром плунжера находится на расстоянии S или большем от оси ползуна, при этом штифт находится в нижнем левом крае прорезей. Это условие выполняется, если (см. фиг.2)
L-0,5d-f≥S, т.е. L≥S+0,5d+f
Объединив полученное неравенство с первым неравенством подпункта 1, получим приведенное в формуле изобретения ограничение для L.

В результате использования заявленного изобретения существенно упрощается конструкция устройства - устраняются пространственные уплотнительные поверхности, они заменяются цилиндрическими, обработка которых существенно проще. Повышается надежность устройства, т.к. уплотнение при перекрытии канала испытывает полностью осесимметричную деформацию, что предотвращает возможность скручивания и заклинивания уплотнения в перепускном отверстии. Получение данного технического результата позволяет рекомендовать заявленное изобретение к внедрению в изделиях авиационной и космической техники, где повышение надежности агрегатов имеет приоритетное значение.

Источники информации
1. Д. Ф.Гуревич, О.Н.Шпаков. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1987 г., стр. 111, рис.2.65,а.

2. Заявка WO 85/01999 А1, 1985 г. (прототип).

Изобретение предназначено для использования в гидравлических агрегатах и системах изделий авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники. Устройство для перекрытия канала содержит корпус с цилиндрической полостью диаметром D₁ и перпендикулярно пересекающим ее осесимметричным каналом. Запорный орган в виде контактирующего с ней по своей наружной поверхности цилиндрического ползуна. Запорный орган установлен в полости с возможностью возвратно-поступательного движения на величину Н в перпендикулярном оси осесимметричного канала направлении, перекрытия осесимметричного канала в одном из своих крайних положений и сообщения разделенных полостью частей осесимметричного канала в другом крайнем положении посредством перепускного отверстия диаметром D в нем. Приводной шток, связанный с запорным органом, установлен с возможностью перемещения параллельно запорному органу на величину h. При этом ось цилиндрического ползуна пересечена с осью перепускного отверстия. Ось перепускного отверстия параллельна оси осесимметричного канала. Радиальное уплотнение размещено в канавке на цилиндрической поверхности одной из частей осесимметричного канала. В ползуне выполнено параллельное перепускному дополнительное отверстие диаметра D. Ось этого отверстия размещена на расстоянии Н от оси перепускного отверстия и пересечена с осью ползуна. В дополнительном отверстии установлен контактирующий с ним по своей наружной поверхности цилиндрический плунжер с возможностью возвратно-поступательного движения относительно дополнительного отверстия. При этом в ползуне между дополнительным отверстием и ближайшим к нему торцом ползуна также выполнено соосное ему цилиндрическое отверстие. В плунжере выполнен сквозной паз. Стенки этого паза параллельны оси ползуна. В цилиндрическом отверстии и пазе размещен приводной шток. В последнем неподвижно установлен перпендикулярно осям плунжера и штока штифт диаметром d. В боковых стенках паза выполнены перпендикулярные им наклонные под углом α по отношению к оси плунжера параллельные друг другу прорези шириной d со скругленными краями и размерами z и х в направлениях оси штока и оси плунжера соответственно. Прорези выполнены с возможностью охвата выступающих из штока концов штифта. Причем канавка с размещенным в ней радиальным уплотнением выполнена на цилиндрической поверхности диаметром D, ближайшей к наиболее удаленным от перепускного отверстия краям прорезей части осесимметричного канала. Дальний от оси полости торец канавки удален от нее на расстояние S. Конец плунжера, максимально удаленный от ближайших к перепускному отверстию краев прорезей на величину L, снабжен заходной фаской длиной f и минимальным диаметром D₀. Ползун снабжен фиксатором углового положения по отношению к цилиндрической полости. Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства и повысить его надежность. 4 ил.

Устройство для перекрытия канала, содержащее корпус с цилиндрической полостью диаметром D и перпендикулярно пересекающим ее осесимметричным каналом, запорный орган в виде контактирующего с ней по своей наружной поверхности цилиндрического ползуна, установленный в полости с возможностью возвратно-поступательного движения на величину H в перпендикулярном оси осесимметричного канала направлении, перекрытия осесимметричного канала в одном из своих крайних положений и сообщения разделенных полостью частей осесимметричното канала в другом крайнем положении посредством перепускного отверстия диаметра D в запорном органе, а также приводной шток, связанный с запорным органом, установленный с возможностью перемещения параллельно запорному органу на величину h, при этом ось цилиндрического ползуна пересечена с осью перепускного отверстия, которая, в свою очередь, параллельна оси осесимметричного канала, а также радиальное уплотнение, размещенное в канавке на цилиндрической поверхности одной из частей осесимметричного канала, отличающееся тем, что в ползуне выполнено параллельное перепускному дополнительное отверстие диаметра D, ось которого размещена на расстоянии Н от оси перепускного отверстия и пересечена с осью ползуна, в дополнительном отверстии установлен контактирующий с ним по своей наружной поверхности цилиндрический плунжер с возможностью возвратно-поступательного движения относительно дополнительного отверстия, при этом в ползуне между дополнительным отверстием и ближайшим к нему торцем ползуна также выполнено соосное ему цилиндрическое отверстие, а в плунжере - сквозной паз, стенки которого параллельны оси ползуна, причем в цилиндрическом отверстии и пазе размещен приводной шток, в котором неподвижно установлен перпендикулярно осям плунжера и штока штифт диаметром d, а в боковых стенках паза выполнены перпендикулярные им наклонные под углом α по отношению к оси плунжера параллельные друг другу прорези шириной d со скругленными краями и размерами z и х в направлениях оси штока и оси плунжера соответственно, прорези выполнены с возможностью охвата выступающих из штока концов штифта, причем канавка с размещенным в ней радиальным уплотнением выполнена на цилиндрической поверхности диаметров D, ближайшей к наиболее удаленным от перепускного отверстия краям прорезей части осесимметричного канала, а дальний от оси полости торец канавки удален от нее на расстояние S, и конец плунжера, максимально удаленный от ближайших к перепускному отверстию краев прорезей на величину L, снабжен заходной фаской длиной f и минимальным диаметром D₀, при этом ползун снабжен фиксатором углового положения по отношению к цилиндрической полости, и величины h и α определяются формулами
h= Н+z-d,

а величины длины плунжера R и L должны удовлетворять условиям