КЛАПАН Российский патент 2002 года по МПК F15B13/01 

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к запорно-регулирующим клапанам гидравлических систем, предназначенным для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления, и, в частности, может быть использовано в гидросистемах ковочных и штамповочных прессов, ножниц для резки металла, которыми оснащаются машины непрерывного литья заготовок, а также в aвиационной, судостроительной и других отраслях техники, где актуальной является проблема ограничения величины повышения давления при гидравлических ударах в сливной гидролинии после соединения ее с областью высокого давления (например, с рабочей полостью гидроцилиндра по окончании рабочего хода).

Известен дроссельный регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, установленный в полости корпуса основной запорно-регулирующий элемент, образующий с корпусом полость управления, со стороны которой эффективная площадь запорно-регулирующего элемента больше его эффективной площади со стороны входного канала, и управляющий клапан, входная полость которого вместе с полостью управления основного запорно-регулирующсго элемента посредством дроссельного канала соединена с входным каналом, а выходная полость - с выходным каналом клапана. Основной запорно-регулирующий элемент выполнен с коническим хвостовиком, имеющим переменный угол конусности и суживающимся от запорной фаски данного элемента в направлении выходного канала [1].

Благодаря указанной конструкции зависимость площади проходного сечения рабочего окна между основным запорно-регулирующим элементом клапана и его седлом от координаты основного запорно-регулирующего элемента относительно седла на всем протяжении хода запорно-регулирующего элемента имеет плавный характер, что при прочих равных условиях в значительной степени предопределяет плавность изменения расхода рабочей жидкости через клапан и тем самым способствует снижению величины забросов давления при гидравлических ударах, возникающих при открытии и закрытии проходного сечения рабочего окна клапана.

Однако характер изменения во времени площади проходного сечения рабочего окна клапана, помимо закона изменения площади проходного сечения клапана в функции координаты его запорно-регулирующего элемента, весьма существенно зависит от текущей скорости перемещения данного запорно-регулирующего элемента относительно его седла. Величина этой скорости должна устанавливаться автоматически в зависимости от уровня и характера изменения давления в канале клапана, в котором должен быть исключен гидравлический удар. В известном техническом решении эта проблема не решена, в связи с чем его применение без дополнительной системы автоматического регулирования текущего значения площади проходного сечения рабочего окна клапана не может обеспечить гарантированное ограничение величины забросов давления в его выходном канале при гидравлическом ударе, возникающем в выходной гидролинии при сообщении ее с входным каналом клапана, что является недостатком рассматриваемой конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является принятый в качестве прототипа сливной клапан, предназначенный для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления и содержащий корпус с входным и выходным сливным каналами, установленный в полости корпуса основной запорно-регулирующий элемент, образующий с корпусом полость управления, со стороны которой эффективная площадь запорно-регулирующего элемента больше его эффективной площади со стороны входного канала, и управляющий клапан, входная полость которого вместе с полостью управления основного запорно-регулирующего элемента посредством дроссельного канала соединена с входным каналом, а выходная полость - с выходным сливным каналом клапана. Управляющий клапан является двухседельным. Затвор управляющего клапана выполнен составным из двух запорных элементов, на шток одного из которых свободно насажен второй, прижимаемый к упору штока регулируемой пружиной. При этом расстояние между запорными поверхностями упомянутых запорных элементов меньше расстояния между уплотнительными поверхностями их седел. При исходном положении затвора управляющего клапана первый из упомянутых запорных элементов находится в контакте со своим седлом и разобщает полость управления основного запорно-регулирующего элемента с выходным сливным каналом клапана, а второй запорный элемент смещен относительно своего седла и открывает рабочее окно, через которое полость управления основного запорно-регулирующего элемента сообщается с входным каналом клапана [2].

При смещении затвора управляющего клапана из исходной в рабочую позицию первый запорный элемент этого затвора отходит от своего седла, сообщая полость управления основного запорно-регулирующего элемента клапана с выходным сливным каналом, а второй запорный элемент прижимается к соответствующему седлу пружиной. При этом второй подпружиненный запорный элемент в совокупности с другими элементами работает как клапан разности давлений, установленный между входным каналом клапана и входной полостью управляющего клапана, поддерживая давление в этой полости и соответственно в соединенной с ней полости управления основного запорно-регулирующего элемента меньшим по сравнению с давлением во входном канале на величину, пропорциональную усилию предварительного поджатия регулируемой пружины, при условии, что текущее давление в выходном сливном канале клапана меньше давления в его входном канале на величину, превышающую давление настройки упомянутого клапана разности давлении.

В рассматриваемом случае увеличение давления в выходном сливном канале клапана влечет за собой увеличение подъемной силы, действующей на основной запорно-регулирующий элемент, и при прочих равных условиях последний смещается относительно своего седла, выполненного в корпусе, в направлении открытия, если он еще не дошел до упора. Это сопровождается увеличением площади проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами клапана. При увеличении давления в выходном сливном канале клапана до предельно допустимого значения (из условия ограничения величины повышения давления в присоединенной к выходному каналу клапана сливной гидролинии), равного разности между давлением во входном канале и величиной настройки клапана разности давлений, или до величины, превышающей это значение, проходное сечение клапана разности давлений закрывается. Второй запорный элемент управляющего клапана прижимается регулируемой пружиной к своему седлу, разобщая входную полость управляющего клапана и соединенную с ней полость управления основного запорно-регулирующего клапана с входным каналом. В результате давление в полости управления основного клапана начинает изменяться так же, как и давление в выходном канале клапана. Увеличение давления в выходном канале клапана в указанной ситуации влечет за собой при прочих равных условиях (в силу того, что эффективная площадь основного запорно-регулирующего элемента со стороны полости управления больше его эффективной площади со стороны выходного канала) уменьшение результирующей подъемной силы, действующей со стороны рабочей жидкости на основной запорно-регулирующий элемент, что должно сопровождаться смещением последнего в направлении его седла и уменьшением площади проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами клапана. Уменьшение площади проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами клапана приводит к уменьшению расхода рабочей жидкости через него, что снижает интенсивность дальнейшего нарастания давления в выходном канале клапана.

Сливные клапаны, как правило, используются для того, чтобы путем соединения некоторого участка гидросистемы, присоединенного к входному каналу клапана, со сливной гидролинией, присоединенной к выходному сливному каналу клапана, понизить давление рабочей жидкости на указанном участке (путем ее слива) до величины, близкой к исходному значению давления в сливной гидролинии. В силу вышесказанного сливной клапан работает в условиях изменения давления в его входном канале в широком диапазоне. Его параметры, в частности эффективные площади основного запорно-регулирующего элемента со стороны входного и выходного каналов и полости управления, а также усилие предварительного поджатия пружины основного запорно-регулирующею элемента, выбираются таким образом, чтобы проходное сечение основного запорно-регулирующего элемента при подаче управляющего сигнала (при смещении затвора управляющего клапана из исходной в рабочую позицию) гарантированно открывалось при минимально возможных значениях давления в его входном и выходном каналах.

Очевидно, что опасность чрезмерного повышения давления в выходном канале клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии при открытии проходного сечения клапана наиболее велика при максимальном рабочем давлении во входном канале клапана. Для исключения при этом превышения давлением в выходном канале клапана некоторого заранее заданного максимально допустимого значения сливного давления в соответствии с принципом действия рассматриваемого клапана входящий в его состав клапан разности давлений должен быть настроен на величину перепада давлений, не большую разности максимально допустимых значений давления во входном и выходном каналах клапана. Поскольку эта разность в реальных условиях эксплуатации сливных клапанов, как правило, во много раз превышает разность минимально возможных значений давления во входном и выходном каналах клапана, то при высоком значении давления во входном канале клапана, достижении давлением в выходном канале клапана максимально допустимого сливного давления и закрытии проходного сечения клапана разности давлений, входящего в состав известного клапана, проходное сечение основного запорно-регулирующего элемента может закрыться лишь при увеличении давления на его выходе до величины, равной разности текущего и минимально возможного значений давления в его входном канале, сложенной с минимально возможным давлением в выходном канале клапана. В силу этого в реальных условиях эксплуатации известного клапана не исключается многократное повышение давления в его выходном канале и соответственно в присоединенной к нему сливной гидролинии (при гидравлических ударах в последней) сверх максимально допустимого значения, что является существенным недостатком рассмотренного технического решения.

Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение величины повышения давления в выходном канале клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии при работе клапана в условиях изменения давления в его входном канале в широком диапазоне и повышение надежности гидравлической системы.

Технической задачей, решаемой изобретением, является также ограничение величины максимального давления жидкости в выходном сливном канале клапана.

Следующей технической задачей является повышение стабильности ограничения величины максимального давления жидкости в выходном сливном канале клапана. уменьшение габаритов клапана и повышение его долговечности и надежности.

Технической задачей, решаемой изобретением, является также ограничение скорости увеличения давления в выходном канале клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии после подачи управляющего сигнала на открытие клапана (после открытия проходного сечения рабочего окна управляющего клапана).

Следующей технической задачей является расширение возможностей регулирования величины предельно допустимой скорости увеличения давления в выходном сливном канале клапана и обеспечение потребных динамических характеристик клапана (чувствительности к скорости изменения давления, устойчивости работы, быстродействия).

Следующей технической задачей, решаемой изобретением, является повышение компактности клапана и его быстродействия.

Для решения поставленной задачи в известном клапане для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления, содержащем корпус с входным и выходным сливным каналами, установленный в полости корпуса основной запорно-регулирующий элемент, образующий с корпусом полость управления, со стороны которой эффективная площадь запорно-регулирующего элемента больше его эффективной площади со стороны входного канала, и управляющий клапан, входная полость которого вместе с полостью управления основного запорно-регулирующего элемента посредством дроссельного канала соединена с входным каналом, а выходная полость - с выходным сливным каналом, согласно изобретению в линии, соединяющей выходную полость управляющего клапана с выходным сливным каналом, установлен клапан давления с нормально открытым проходным сечением с двумя противоположно расположенными по отношению к его золотнику полостями управления, первая из которых соединена с выходным сливным каналом.

В частных случаях исполнения клапан имеет следующие отличительные признаки.

Согласно изобретению клапан давления выполнен в виде редукционного клапана прямого действия.

Согласно изобретению вторая полость управления клапана давления соединена с гидролинией постоянного давления.

Согласно изобретению вторая полость управления клапана давления соединена с выходным сливным каналом через регулируемый дроссель, причем к этой полости дополнительно подсоединена упругая камера и в полости установлена пружина.

Согласно изобретению упругая камера выполнена с регулируемым объемом.

Согласно изобретению затвор управляющего клапана установлен в полости управления основного запорно-регулирующего элемента с возможностью перекрытия выполненного в нем осевого канала, сообщающего полость управления с выходным сливным каналом, при этом затвор управляющего клапана выполнен в форме стакана, в полости которого одним концом установлен золотник клапана давления, другой конец которого установлен с возможностью перекрытия выходного отверстия осевого канала.

Установка клапана давления с нормально открытым проходным сечением с двумя противоположно расположенными по отношению к его золотнику полостями управления, первая из которых соединена с выходным сливным каналом, в линии, соединяющей выходную полость управляющего клапана с выходным сливным каналом, обеспечивает снижение величины повышения давления в выходном канале клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии при работе клапана в условиях изменения давления в его входном канале в широком диапазоне, что приводит к повышению надежности гидравлической системы.

Выполнение клапана давления в виде редукционного клапана прямого действия ограничивает величину максимального давления жидкости в выходном сливном канале клапана уровнем настройки редукционного клапана. Редукционный клапан настраивается на величину максимально допустимого давления в сливной гидролинии, присоединенной к выходному каналу клапана. В случае, когда давление жидкости в выходном канале клапана и соответственно в соединенной с ним первой полости управления редукционного клапана меньше давления настройки редукционного клапана, проходное сечение рабочего окна последнего полностью открыто. При увеличении давления и выходном канале клапана до давления настройки редукционного клапана баланс сил, действующих на золотник редукционного клапана, изменяется таким образом, что указанный золотник смещается и направлении уменьшения площади проходного сечения открытого им рабочего окна, вследствие чего гидравлическая проводимость данного окна уменьшается (вплоть до нуля). В результате, уменьшается различие давлений в полости управления основного запорно-регулирующего элемента и во входном канале клапана, соединенных посредством дроссельного канала. Это влечет за собой изменение баланса сил, действующих на основной запорно-регулирующий элемент, таким образом, что результирующая сила оказывается направленной в сторону закрытия открытого им проходного сечения рабочего окна между входным и выходным сливным каналами. Происходит перемещение основного запорно-регулирующего элемента в направлении уменьшения площади указанного проходного сечения (вплоть до полного перекрытия рабочего окна). Уменьшение площади проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами клапана приводит к уменьшению расхода рабочей жидкости через него, что предотвращает дальнейшее нарастание давления в выходном канале клапана.

Давление настройки редукционного клапана прямого действия определяется усилием предварительного поджатия пружины, используемой в его конструкции, и величиной давления во второй полости управления редукционного клапана, в которой установлена пружина, то есть в пружинной полости, а при отсутствии в конструкции клапана пружины величиной давления во второй полости управления. Поскольку при работе редукционного клапана в режиме редуцирования давления изменяется положение его золотника, то при применении в конструкции клапана пружины изменяются величина деформации этой пружины, а следовательно, и текущее усилие ее деформации, в результате чего давление на выходе редукционного клапана тоже изменяется, то есть не поддерживается стабильным.

Для повышения стабильности поддержания давления на выходе редукционного клапана прямого действия в нем необходимо использовать пружину с малым коэффициентом жесткости. Однако снижение коэффициента жесткости пружины, применяемой в клапане, при прочих равных условиях приводит к увеличению ее длины и соответственно габаритов гидроаппарата в целом. Известно также, что пружины являются одним из наименее долговечных элементов гидромеханических конструкций.

Соединение второй полости управления клапана давления с гидролинией постоянного давления и выполнение клапана давления в данном случае без пружины обеспечивает повышение стабильности ограничения величины максимального давления жидкости в выходном сливном канале клапана, уменьшение габаритов клапана и повышение его долговечности и надежности.

Выполнение второй полости управления клапана давления соединенной с выходным сливным каналом через регулируемый дроссель, подсоединение к этой полости дополнительно упругой камеры и установка в полости пружины обеспечивают реагирование на скорость увеличения давления в выходном сливном канале клапана, за счет чего достигается плавный характер изменений давления в выходном канале клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии после подачи управляющего сигнала на открытие клапана (после открытия проходного сечения рабочего окна управляющего клапана).

Использование в соединении второй (пружинной) полости управления клапана давления с выходным сливным каналом регулируемого дросселя обеспечивает возможность регулирования величины предельно допустимой скорости увеличения давления в выходном сливном канале клапана.

Выполнение упругой камеры с регулируемым объемом расширяет возможности регулирования величины предельно допустимой скорости увеличения давления в выходном сливном канале клапана и обеспечения потребных динамических характеристик клапана (чувствительности к скорости изменения давления, устойчивости работы, быстродействия).

При возрастании давления в выходном сливном канале клапана после открытия проходного сечения между его входным и выходным каналами возрастает также давление в соединенных с выходным каналом первой и второй полостях управления под обоими торцами золотника клапана давления. Поскольку ко второй (пружинной) полости управления клапана давления подключена упругая камера (с регулируемым объемом), то при изменении в указанной полости и соответственно в упругой камере давления появляется течение жидкости через регулируемый дроссель и на нем создается перепад давления, значение которого при фиксированных параметрах дросселя и упругой камеры зависит от величины производной по времени от давления в выходном сливном канале клапана, то есть от скорости изменения давления в упомянутом канале. В силу данного обстоятельства в рассматриваемом случае давление во второй (пружинной) полости управления клапана давления оказывается меньше давления в выходном сливном канале и непосредственно соединенной с ним первой полости управления клапана, и со стороны жидкости, находящейся в подторцевых полостях золотника клапана давления, на золотник в направлении второй (пружинной) полости управления действует осевая сила, определяемая скоростью изменения давления в выходном канале. При некотором предельном значении скорости нарастания давления в выходном сливном канале клапана перепад давления на регулируемом дросселе и в полостях под торцами золотника клапана давления достигает величины, при которой осевая сила, действующая со стороны жидкости на золотник, превышает усилие предварительного поджатия пружины клапана давления. Золотник клапана давления смещается в направлении второй (пружинной) полости управления, уменьшая площадь проходного сечения рабочего окна клапана давления (которое нормально открыто), вследствие чего гидравлическая проводимость данного окна уменьшается (вплоть до нуля). В результате, уменьшается различие давлений в полости управления основного запорно-регулирующего элемента и во входном канале клапана, соединенных посредством дроссельного канала. Это влечет за собой изменение баланса сил, действующих на основной запорно-регулирующий элемент, таким образом, что результирующая сила оказывается направленной в сторону закрытия открытого им проходного сечения рабочего окна между входным и выходным сливным каналами. Происходит перемещение основного запорно-регулирующего элемента в направлении уменьшения площади указанного проходного сечения (вплоть до полного перекрытия рабочего окна). Уменьшение площади проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами клапана приводит к уменьшению расхода рабочей жидкости через него, что предотвращает дальнейшее увеличение скорости нарастания давления в выходном канале клапана. С учетом того обстоятельства, что объем жидкости, подлежащей перепуску через клапан из полости высокого давления в полость низкого давления, имеет вполне определенную величину и, как правило, давление в полости высокого давления по мере выхода из нее жидкости падает до величины, близкой к исходному давлению в полости низкого давления, ограничение значения скорости нарастания давления в выходном сливном канале клапана на соответствующем уровне исключает повышение давления в выходном канале клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии сверх максимально допустимого значения давления в них при монотонном характере переходных процессов по изменению давления.

Установка затвора управляющего клапана в полости управления основного запорно-регулирующего элемента с возможностью перекрытия выполненного в нем осевого канала, сообщающего полость управления с выходным сливным каналом, выполнение при этом затвора управляющего клапана в форме стакана, в полости которого одним концом установлен золотник клапана давления, другой конец которого установлен с возможностью перекрытия выходного отверстия осевого канала, приводит к повышению компактности клапана и повышению его быстродействия за счет рациональной компоновки и сокращения количества гидролиний.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема клапана для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления, клапан давления выполнен в виде редукционного клапана прямого действия; на фиг.2 - конструктивная схема клапана, где вторая (пружинная) полость управления клапана давления соединена с упругой камерой регулируемого объема и через регулируемый дроссель с выходным сливным каналом; на фиг.3 - конструктивная схема клапана с размещением управляющего клапана и клапана давления в полости управления основного запорно-регулирующего элемента.

Клапан для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления содержит корпус 1 с входным и выходным сливным каналами 2, 3 соответственно. В корпусе 1 установлен основной запорно-регулирующий элемент 4, выполненный в виде тела вращения ступенчатой формы, который образует с корпусом 1 полость 5 управления. Эффективная площадь запорно-регулиругощего элемента 4 со стороны полости управления 5 больше его эффективной площади со стороны входного канала 2. В состав клапана входит управляющий клапан 6, входная полость 7 которого вместе с полостью 5 управления основного запорно-регулирующего элемента 4 посредством дроссельного канала 8 соединена с входным каналом 2, а выходная полость 9 - с выходным сливным каналом 3.

Гидравлическая проводимость дроссельного канала 8 выбирается таким образом, чтобы при открытом проходном сечении рабочего окна управляющего клапана 6 обеспечивалось гарантированное открытие проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами 2 и 3 клапана основным запорно-регулирующим элементом 4 при любых значениях давления жидкости (в пределах рабочего диапазона) в его входном и выходном каналах 2 и 3.

Управляющий клапан 6 может быть расположен как за пределами основного запорно-регулирующего элемента 4 (см. фиг.1), так и непосредственно в полости 5 управления основного запорно-регулирующего элемента 4 (см. фиг.2, 3). В последнем случае полость управления 5 основного запорно-регулирующего элемента 4 одновременно является входной полостью 7 управляющего клапана 6. Полость 5 управления может сообщаться с входным каналом 2 через входную полость 7 управляющего клапана 6 (см. фиг.1). При исполнении конструкции клапана указанным образом расширяются возможности демпфирования колебаний основного запорно-регулирующего элемента 4 относительно корпуса 1 и обеспечения требуемых динамических характеристик работы клапана в целом.

В линии 10, соединяющей выходную полость 9 управляющего клапана 6 с выходным сливным каналом 3, установлен клапан давления 11 с нормально открытым проходным сечением с двумя противоположно расположенными по отношению к его золотнику полостями управления 12 и 13 соответственно, первая из которых (12) соединена с выходным сливным каналом 3. В одном из вариантов исполнения клапан давления 11 выполнен в виде редукционного клапана прямого действия, у которого вторая (пружинная) полость управления 13 соединена с дренажной гидролинией (см. фиг.1).

В другом варианте исполнения клапана вторая (пружинная) полость управления 13 клапана давления 11 соединена с выходным сливным каналом 3 через регулируемый дроссель 14, причем к этой полости 13 дополнительно подсоединена упругая камера 15, выполненная с регулируемым объемом (см. фиг.2).

В наиболее компактном варианте исполнения затвор 16 управляющего клапана 6 установлен в полости 5 управления основного занорно-регулирующего элемента 4 с возможностью перекрытия выполненного в нем осевого канала 17, сообщающего полость 5 управления с выходным сливным каналом 3 (см. фиг.3). При этом затвор 16 управляющего клапана 6 выполнен в форме стакана (16), в полости которого одним концом установлен золотник 18 клапана давления 11, другой конец которого, снабженный запорной поверхностью, установлен с возможностью перекрытия выходного отверстия осевого канала 17. В исходном положении управляющего клапана 6, когда он затвором 16 перекрывает осевой канал 17, выполненный в основном запорно-регулирующем элементе 4, расстояние между запорной поверхностью золотника 18 и ответной поверхностью основного запорно-регулирующего элемента 4 превышает рабочий ход управляющего клапана 6 на величину, выбираемую таким образом, чтобы соответствующая площадь проходного сечения рабочего окна между запорной поверхностью золотника 18 и ответной поверхностью основного запорно-регулирующего элемента 4 обеспечивала протекание жидкости при незначительных потерях давления.

В конструкции клапана, показанной на фиг.3, первая полость управления 12 клапана давления 11 совмещена с выходным сливным каналом 3. Вторая полость управления 13 клапана давления 11 посредством канала 19 соединена с гидролинией постоянного давления (на фиг.3 гидролиния постоянного давления не показана), равного максимально допустимому давлению в выходном канале 3 клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии (на фиг.3 сливная гидролиния не показана). Во второй полости управления 13 может быть размещена пружина, и данная полость посредством канала 19 может быть соединена с дренажной гидролинией. В другом варианте исполнения клапана полость 13 может быть соединена через регулируемый дроссель, встроенный в управляющий клапан 6, с выходным сливным каналом 3 и посредством канала 19 - с упругой камерой, выполненной с регулируемым объемом (на фиг.3 такое исполнение не показано).

Клапан для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления работает следующим образом.

При закрытом проходном сечении управляющего клапана 6 давление и полости управления 5 имеет такое же значение, как и во входном канале 2 клапана. Поскольку эффективная площадь запорно-регулирующего элемента 4 со стороны полости управления 5 больше его эффективной площади со стороны входного канала 2, то в данном случае результирующая сила, действующая со стороны жидкости на основной запорно-регулирующий элемент 4, прижимает последний к его седлу, выполненному и корпусе 1, и входной и выходной сливной каналы 2 и 3 клапана являются разобщенными (проходное сечение клапана закрыто).

При открытии проходного сечения рабочего окна управляющего клапана 6 (управление клапаном 6 может осуществляться вручную, а также посредством привода любого типа) происходит движение жидкости из входного канала 2 через дроссельный канал 8, входную полость 7 управляющего клапана 6, его открытое проходное сечение, выходную полость 9 управляющего клапана 6, линию 10, нормально открытое проходное сечение клапана давления 11 в выходной сливной канал 3 клапана. Вследствие потерь давления в дроссельном канале 8 давление во входной полости 7 управляющего клапана 6 и соединенной с ней полости управления 5 оказывается меньше, чем давление жидкости во входном канале 2 клапана. В результате этого результирующая сила, действующая со стороны жидкости на основной запорно-регулирующий элемент 4, оказывается направленной в сторону полости управления 5, и основной запорно-регулирующий элемент 4 открывает проходное сечение рабочего окна между входным 2 и выходным 3 каналами клапана. Если при перетекании жидкости из входного канала 2 в выходной сливной канал 3 клапана давление жидкости в канале 3 повысится до уровня настройки клапана давления 11, выполненного в виде редукционного клапана (11) прямого действия (см фиг.1), то проходное сечение рабочего окна клапана давления 11 прикрывается, вследствие чего гидравлическая проводимость данного окна и расход жидкости через него, а следовательно, и расход через дроссельный канал 8, соединенный с клапаном давления 11 последовательно, уменьшаются (вплоть до нуля). Потери давления в дроссельном канале 8 также уменьшаются и соответственно уменьшается различие давлений в полости управления 5 основного запорно-регулирующего элемента 4 и во входном канале 2 клапана. Это влечет за собой изменение баланса сил, действующих на основной запорно-регулирующий элемент 4, таким образом, что результирующая сила оказывается направленной в сторону закрытия открытого им проходного сечения рабочего окна между входным 2 и выходным 3 каналами. В результате этого, вне зависимости от величины текущего значения давления жидкости во входном канале 2 клапана, происходит перемещение основного запорно-регулирующего элемента 4 в направлении уменьшения площади указанного проходного сечения (вплоть до полного перекрытия рабочего окна). Уменьшение площади проходного сечения рабочего окна между входным и выходным каналами клапана приводит к уменьшению расхода рабочей жидкости через него, что исключает дальнейшее нарастание давления в выходном канале клапана.

Таким образом, при прикрытии проходного сечения рабочего окна клапана давления 11 прикрывается проходное сечение рабочего окна, открываемого основным запорно-регулирующим элементом 4, и в выходном сливном канале 3 клапана, а следовательно, и в присоединенной к нему сливной гидролинии, предотвращается повышение давления сверх того, на которое настроен клапан давления 11, выполненный в виде редукционного клапана прямого действия, вне зависимости от величины текущего значения давления жидкости во входном канале 2 клапана. Ограничение максимального давления жидкости в выходном канале 3 клапана снижает вероятность разрушения сливной гидролинии, нарушения герметичности имеющихся в ней стыковых соединений, в результате чего повышается долговечность сливной гидролинии и надежность гидравлической системы н целом.

Для снижения влияния инерционности подвижных элементов клапана (запорно-регулирующего элемента 4 и золотника клапана давления 11) на характер изменения давления и величину повышения давления в выходном канале 3 клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии после подачи управляющего сигнала на открытие клапана предусмотрено исполнение клапана давления 11 с соединением второй полости управления 13 данного клапана с выходным сливным каналом 3 через регулируемый дроссель 14, подсоединение к этой полости дополнительно упругой камеры 15 и установка в полости управления 13 пружины (см. фиг. 2). В случае использования указанной конструкции при возрастании давления в выходном сливном канале 3 клапана после открытия проходного сечения между его входным 2 и выходным 3 каналами возрастает также давление в соединенных с выходным каналом 3 полостях управления 12, 13 под обоими торцами золотника клапана давления 11. Поскольку ко второй (пружинной) полости управления 13 клапана давления подключена упругая камера 15, то при изменении в полости 13 и соответственно в упругой камере 15 давления появляется течение жидкости через регулируемый дроссель 14 и на нем создается перепад давления, значение которого при фиксированных параметрах дросселя 14 и упругой камеры 15 зависит от величины производной по времени от давления в выходном сливном канале 3 клапана, то есть от скорости изменения давления в упомянутом канале 3. В силу данного обстоятельства в рассматриваемом случае давление во второй (пружинной) полости управления 13 клапана давления 11 оказывается меньше давления в выходном сливном канале 3 и в непосредственно соединенной с ним первой полости управления 12 клапана, и со стороны жидкости, находящейся в подторцевых полостях 12, 13 золотника клапана давления 11, на золотник в направлении второй (пружинной) полости 13 действует осевая сила, определяемая скоростью изменения давления в выходном канале 3. При некотором предельном значении скорости нарастания давлении в выходном сливном канале 3 клапана перепад давления на регулируемом дросселе 14 и в полостях 12, 13 под обоими торцами золотника клапана давления 11 достигает величины, при которой осевая сила, действующая со стороны жидкости на золотник, превышает усилие предварительного поджатия пружины клапана давления 11. Золотник клапана давления 11 смещается в направлении второй (пружинной) полости управления 13, уменьшая площадь проходного сечения рабочего окна клапана давления 11 (которое нормально открыто), вследствие чего гидравлическая проводимость данного окна уменьшается (вплоть до нуля). В результате, уменьшается различие давлений в полости управления 5 основного запорно-регулирующего элемента 4 и во входном канале 2 клапана, соединенных посредством дроссельного канала 8. Это влечет за собой изменение баланса сил, действующих на основной запорно-регулирующий элемент 4, таким образом, что результирующая сила оказывается направленной в сторону закрытия открытого им проходного сечения рабочего окна между входным 2 и выходным 3 сливным каналами. Происходит перемещение основного занорно-регулирующего элементa 4 в направлении уменьшения площади указанного проходного сечения (вплоть до полного перекрытия рабочего окна). Уменьшение площади проходного сечения между входным 2 и выходным 3 каналами клапана приводит к уменьшению расхода рабочей жидкости через него, что предотвращает дальнейшее увеличение скорости нарастания давления в выходном канале 3 клапана. С учетом того, что объем жидкости, подлежащей перепуску через клапан из полости высокого давления в полость низкого давления, имеет вполне определенную величину и, как правило, давление в полости высокого давления по мере выхода из нее жидкости падает до величины, близкой к исходному давлению в полости низкого давления, ограничение значения скорости нарастания давления в выходном сливном канале 3 клапана на соответствующем уровне исключает повышение давления в выходном канале 3 клапана и присоединенной к нему сливной гидролинии сверх максимально допустимого значения давления в них при монотонном характере переходных процессов по изменению давления.

Плавный характер изменения давления в сливной гидролинии исключает ее вибрации, что способствует повышению долговечности данной линии.

Клапан с размещением управляющего клапана 6 и клапана давления 11 в полости управления 5 основного запорно-регулирующего элемента 4 (см. фиг.3) работает аналогичным образом и обеспечивает снижение величины повышения давления в выходном сливном канале 3 клапана, вне зависимости от величины текущего значения давления жидкости на входном канале 2, либо за счет ограничения величины максимального давления жидкости на выходе, либо за счет ограничения скорости изменения давления в выходном сливном канале 3 в случае, когда вторая полость управления 13 клапана давления 11 соединена с выходным сливным каналом 3 через регулируемый дроссель, к полости 13 дополнительно подсоединена упругая камера и в полости управления 13 установлена пружина (последний вариант исполнения клапана на фиг.3 не показан).

Клапан для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления может быть использован в гидросистемах ковочных и штамповочных прессов, ножниц для резки металла, которыми оснащаются машины непрерывного литья заготовок, а также в авиационной, судостроительной и других отраслях техники, где актуальной является проблема ограничения величины повышения давления при гидравлических ударах в сливной гидролинии после соединения ее с областью высокого давления (например, с рабочей полостью гидроцилиндра по окончании рабочего хода).

Источники информации
1. Устинов В.Е., Савчук А.С. О повышении стойкости регулирующих клапанов главного клапанного распределителя ковочного гидравлического пресса с насосно-аккумуляторным приводом усилием 60 МН // Совершенствование процессов и машин обработки металлов давлением: Сб. научн. трудов. - Киев, 1988, с. 192-198 (с. 196, рис.3).

2. Сливной клапан. Авторское свидетельство СССР 191297, МКИ F 16 К 47/08. Заявлено 13.07.1965. Опубликовано 14.01.1967.

Клапан предназначен для перепуска жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления. Клапан содержит корпус 1 с входным и выходным сливным каналами 2, 3 соответственно. В корпусе 1 установлен основной запорно-регулирующий элемент 4, выполненный в виде тела вращения ступенчатой формы, который образует с корпусом 1 полость 5 управления. В состав клапана входит управляющий клапан 6, входная полость 7 которого вместе с полостью 5 управления основного запорно-регулирующего элемента 4 посредством дроссельного канала 8 соединена с входным каналом 2, а выходная полость 9 - с выходным сливным каналом 3. Полость 5 управления может сообщаться с входным каналом 2 через входную полость 7 управляющего клапана 6. В линии 10, соединяющей выходную полость 9 управляющего клапана 6 с выходным сливным каналом 3, установлен клапан давления 11 с нормально открытым проходным сечением с двумя противоположно расположенными по отношению к его золотнику полостями управления 12 и 13 соответственно, первая из которых 12 соединена с выходным сливным каналом 3. Технический результат - повышение надежности гидравлической системы. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапан для перепускания жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления, содержащий корпус с входным и выходным сливным каналами, установленный в полости корпуса основной запорно-регулирующий элемент, образующий с корпусом полость управления, со стороны которой эффективная площадь запорно-регулирующего элемента больше его эффективной площади со стороны входного канала, и управляющий клапан, выходная полость которого вместе с полостью управления основного запорно-регулирующего элемента посредством дроссельного канала соединена с входным каналом, а выходная полость - с выходным сливным каналом, отличающийся тем, что в линии, соединяющей выходную полость управляющего клапана с входным сливным каналом, установлен клапан давления с нормально открытым проходным сечением с двумя противоположно расположенными по отношению к его золотнику полостями управления, первая из которых соединена с выходным сливным каналом. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что клапан давления выполнен в виде редукционного клапана прямого действия. 3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что вторая полость управления клапана давления соединена с гидролинией постоянного давления. 4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что вторая полость управления клапана давления соединена с выходным сливным каналом через регулируемый дроссель, причем к этой полости дополнительно подсоединена упругая камера и в полости установлена пружина. 5. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что упругая камера выполнена с регулируемым объемом. 6. Клапан по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что затвор управляющего клапана установлен в полости управления основного запорно-регулирующего элемента с возможностью перекрытия выполненного в нем осевого канала, сообщающего полость управления с выходным сливным каналом, при этом затвор управляющего клапана выполнен в форме стакана, в полости которого одним концом установлен золотник клапана давления, другой конец которого установлен с возможностью перекрытия выходного отверстия осевого канала.