УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2002 года по МПК F15B13/42 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидравлическим системам с сервомеханизмами.

Для управления гидравлическими силовыми цилиндрами навесного оборудования строительных и дорожных машин используются двухкаскадные гидрораспределители, содержащие устройство для регулирования подачи жидкости с помощью пилотного клапана (см. авторское свидетельство, выданное в СССР, 934451, МПК F 15 B 11/02, охранные документы, выданные в Великобритании 1494400, F 15 B 9/08, 2151814, F 15 B 13/04, 2314143, F 15 B 13/042, в США 4548383, НКИ 251/129, 5566710, НКИ 137/556, 4461320, 5313983, НКИ 137/625.6, 5163477, НКИ 137-625.65, МПК F 15 B 13/042, 4341243, НКИ 137-625.68, 5251660, НКИ 137-636.1, 4342335, 4777981, 5184646, 5209263, 5295513, 5348049, 5507317, НКИ 137-636.2, во Франции 2236101, МПК F 15 B 13/02, 2781845, F 15 B 13/042, 2508984, F 15 B 13/06, заявки, поданные в Европейское патентное ведомство (ЕПВ), 56369, F 15 B 11/08, 117806, 471850, 567698, 753668, F 15 B 13/042, 89447, F 15 B 13/06, международные заявки 81/03686, 96/15374, 97/47890, F 15 B 13/042, 81/03685, F 15 B 11/08, охранные документы, выданные в Германии, патенты 4413845, F 15 B 13/02, 4405035, F 15 B 13/042, заявки 3635625, F 15 B 13/02, 19532583, 19622948, F 15 B 13/04, 2751946, 3446027, F 15 B 13/06, 4410261, F 15 B 13/042, патенты, выданные в Швеции, 435086, 459199, F 15 B 13/02, акцептованную заявку в Японии 3-50126, F 15 B 13/042).

Устройство для регулирования подачи жидкости, представленное в патенте 5433249, выданном в США, НКИ 137-625.68, МПК F 15 B 13/02, опубл. 18.07.1995 г. , содержит металлический корпус с каналами для прохода жидкости, имеющее отверстие, в котором расположен золотник с двумя опорными шейками, между которыми в соединяющей их перемычке расположено радиальное отверстие, открытое в сторону канала регулируемой подачи жидкости, а с противоположной стороны золотника расположена сливная полость, в которой расположен шток золотника, имеющий возможность ограниченного перемещения относительно органа управления, подпружиненного относительно корпуса и штока, при этом напротив нижней опорной шейки золотника расположена полость, сообщенная с источником давления жидкости. При сливе жидкости из канала регулируемой ее подачи верхняя шейка золотника выходит из посадочного отверстия в корпусе и тогда золотник опирается на корпус только нижней шейкой, из-за чего последнюю приходится выполнять увеличенной длины. При этом получается больше холостой ход золотника от положения, при котором происходит слив жидкости, до положения, при котором начинается ее подача под давлением. Следует также отметить, что золотник в упомянутом устройстве размещен непосредственно в корпусе. Поэтому при перемещениях золотника происходит износ корпуса, из-за которого корпус не подлежит ремонту. Эти же замечания относятся к устройству регулирования подачи жидкости, изображенному в патенте 5566710, выданном в США, в выложенной заявке 19532583, поданной в ФРГ.

В качестве прототипа принято устройство для регулирования подачи жидкости, показанное в выложенной в Германии заявке 19622948, F 15 B 13/04, опубл. 11.12.1997 г. , а также в международной заявке 97/47890, F 15 B 13/042. Это устройство регулирования содержит гильзу, размещенную в корпусе между каналом регулируемой подачи жидкости и полостью, сообщенной со сливом, в гильзе расположены радиальное отверстие, сообщенное с источником давления жидкости, и сквозное осевое отверстие, в котором размещен плунжер, имеющий радиальное отверстие, пересекающееся с осевым отверстием, открытым в сторону канала регулируемой подачи жидкости, а с другой стороны плунжера расположен шток, имеющий возможность ограниченного перемещения относительно органа управления, подпружиненного относительно плунжера и гильзы. В этом устройстве вследствие малого допустимого хода плунжера его радиальное отверстие при сливе жидкости из канала регулируемой ее подачи приоткрывается лишь частично. Образующаяся между гильзой и плунжером щель в виде сегмента имеет малую площадь, из-за чего получается большое гидравлическое сопротивление проходу жидкости на слив и, соответственно, затягивание процесса отключения сервомеханизма, что может приводить к аварийным ситуациям и угрожать безопасности эксплуатации машин.

Решаемой задачей является создание простого и надежного устройства для регулирования подачи жидкости, обеспечивающего своевременное выключение сервомеханизма или его остановку в нужном положении.

Эта задача решена путем рационального выполнения запорных элементов устройства регулирования, придания им оптимальной формы. Для этого устройство для регулирования подачи жидкости содержит гильзу, размещенную в корпусе между каналом регулируемой подачи жидкости и полостью, сообщенной со сливом, в гильзе расположены радиальное отверстие, сообщенное с источником давления жидкости, и сквозное осевое отверстие, в котором со стороны полости, сообщенной со сливом, выполнены продольные пазы одинаковой длины с плоским торцем на конце, в осевом отверстии гильзы расположен золотник, имеющий опорные шейки, между которыми на разном расстоянии от них в золотнике выполнены сквозные радиальные отверстия, пересекающиеся с осевым отверстием в нем, открытым со стороны упомянутого канала регулируемой подачи жидкости, с противоположной стороны золотника расположен шток, имеющий возможность ограниченного перемещения относительно органа управления, подпружиненного относительно золотника и гильзы.

При выполнении устройства регулирования с такой совокупностью признаков, не разделенной ради удобства их изложения на ограничительную и отличительную части, обеспечены удобные проходы для жидкости при ее сливе из канала регулируемой ее подачи, производимом через несколько радиальных отверстий в золотнике и продольных пазов в гильзе, так как при смещении золотника в сторону органа управления между торцем пазов в гильзе и перемещающейся около них опорной шейкой золотника образуются щели прямоугольной формы, при которой получается наибольший проход для жидкости и, значит, наименьшее гидравлическое сопротивление ее течению, что ускоряет процесс срабатывания сервомеханизма, обеспечивает своевременное его реагирование на перемещение органа управления. При этом сохраняется постоянным контакт обеих опорных шеек золотника с гильзой, благодаря чему обеспечивается надежность данного устройства.

Это устройство регулирования для упрощения конструкции гильзы может быть снабжено уплотнительным кольцом из упругого материала, размещенным между крышкой и торцем гильзы, расположенным со стороны канала регулируемой подачи жидкости, выполненного в упомянутой крышке, а с противоположной стороны гильза сопряжена с уступом в корпусе. Это кольцо из упругого материала постоянно поджимает гильзу к уступу в корпусе и тем самым фиксирует ее в нужном положении простыми средствами.

При предпочтительном выполнении устройства регулирования число радиальных отверстий в золотнике и число продольных пазов в гильзе равно трем, при этом упомянутые пазы выполнены в виде фигурных канавок, имеющих профиль арки с шириной у шейки золотника, равной 0,6-0,75 диаметра осевого отверстия в гильзе.

Среднее радиальное отверстие в золотнике может быть расположено поперек крайних радиальных отверстий в нем.

На фиг. 1 изображено устройство для регулирования подачи жидкости, используемое в двухкаскадном гидрораспределителе управления силовыми гидроцилиндрами.

На фиг. 2 представлен разрез по А-А фиг. 1.

Устройство для регулирования подачи жидкости, изображенное на фиг. 1, содержит пилотный клапан, состоящий из гильзы 1 и золотника 2 со штоком 3. Гильза 1 размещена в корпусе 4 в выполненном в нем отверстии, закрытом крышкой 5. В гильзе 1 выполнено радиальное отверстие 6, постоянно сообщающееся с источником 7 давления жидкости, в частности с гидронасосом, через кольцевую полость 8 и канал 9, выполненные в корпусе 4. Вдоль оси гильзы выполнено сквозное осевое отверстие 10, пересекающееся с радиальным отверстием 6. Осевое отверстие 10 расположено между полостью 11 в корпусе 4 и расположенным в крышке 5 каналом 12 регулируемой подачи жидкости под давлением от клапана к потребителю, в частности к исполнительному гидрораспределителю гидравлической системы, оборудованной силовыми гидроцилиндрами. Полость 11 сообщена со сливом через канал 13. Золотник 2 имеет расположенные в осевом отверстии 10 гильзы 1 две опорные цилиндрические шейки 14 и 15, соединенные между собой цилиндрической перемычкой 16. В перемычке 16 между шейками 14 и 15 в золотнике выполнены сквозные радиальные отверстия 17, 18, 19, пересекающиеся с глухим осевым отверстием 20, открытым со стороны канала 12 регулируемой подачи жидкости. Причем среднее радиальное отверстие 18 расположено крестообразно, т.е. поперек, относительно соседних радиальных отверстий 17 и 19 в нем. Вокруг шейки 15 золотника 2 в гильзе 1 со стороны сливной полости 11 выполнены продольные пазы 21 одинаковой длины с плоской поперечной поверхностью 22 на конце, ограничивающей длину этих канавок, то есть пазы 21 выполнены с плоским торцем на конце. Эти пазы при предпочтительном их выполнении имеют профиль арки, образуя фигурные канавки для прохода жидкости. Предпочтительное число таких пазов равно трем. Их ширина у золотника 2 вдоль периметра его шейки 15 равна 0,6-0,75 диаметра сквозного осевого отверстия 10 в гильзе 1. Вместо трех фигурных пазов в гильзе 1 могут быть выполнены четыре простых паза одинаковой ширины, простирающихся вдоль всего диаметра гильзы. Но тогда получается меньше не только ширина каждого паза, но и суммарная ширина этих пазов из-за необходимости сохранения в гильзе 1 нужных перемычек между пазами для обеспечения надежной опоры шейки золотника 2.

Для привода золотника 2 в корпусе 4 размещен орган управления клапаном, содержащий ползун 23 с заключенной в нем шайбой 24, охватывающей с зазором шток 3 в промежутке между его головкой 25 и опорной шейкой 15 золотника. В ползуне 23 выполнена полость 26, внутри которой расположена головка 25 штока 3, имеющая возможность ограниченного осевого перемещения относительно ползуна 23. Шток 3 золотника 2 подпружинен относительно ползуна 23 пружиной 27. Ползун 23 подпружинен относительно гильзы 1 возвратной пружиной 28, опирающейся на торец гильзы 1 у ее периферии.

Между крышкой 5 корпуса 4 и торцевой поверхностью гильзы 1, расположенной со стороны канала 12 регулируемой подачи жидкости, установлено уплотнительное кольцо 29 из упругого материала, прижимающее гильзу 1 к уступу 30, выполненному в корпусе 4 в его отверстии, в котором расположена гильза 1. Кольцо 29 помимо уплотнения обеспечивает также осевую фиксацию гильзы 1 внутри корпуса 4. Кроме того, между гильзой 1 и корпусом 4 по разные стороны отверстия 6 расположены кольцевые уплотнительные элементы 31. В нейтральном положении клапана, когда отключена подача жидкости к потребителю от источника ее давления, канал 12 подачи жидкости сообщается со сливной полостью 11 через осевое отверстие 20 и три радиальные отверстия 17, 18, 19, расположенные в золотнике 2, кольцевую полость вокруг перемычки 16, щели между шейкой 15 золотника и гильзой 1, образованные у конца пазов 21, и далее через эти пазы.

Для подачи жидкости под давлением к потребителю перемещают ползун 23 вниз в сторону гильзы 1. Вместе с ползуном перемещается вниз под действием пружины 27 золотник 2, который, опускаясь, закрывает упомянутые щели у торцев пазов 21 между гильзой 1, шейкой 15 золотника 2 и открывает проход для жидкости под давлением из радиального отверстия 6 гильзы в канал 12 через кольцевую полость вокруг перемычки 16 и затем через радиальные отверстия 17, 18, 19 и осевое отверстие 20, находящееся в золотнике. Происходит рост давления жидкости в канале 12, которое, действуя на торец золотника 2, обращенный в сторону канала 12, смещает золотник 2 вверх, сжимая пружину 27. Поднимаясь, золотник 2 своей опорной шейкой 14 закрывает проход жидкости из отверстия 6 в гильзе 1 к каналу 12. Если нужно увеличить давление жидкости в канале 12, то необходимо переместить ползун 23 дальше вниз, дополнительно сжимая пружину 27. Под действием этой пружины золотник 2 опять сместится вниз, приоткрывая проход для жидкости под давлением из отверстия 6 в гильзе 1 в канал 12 через отверстия в нем. Происходит возрастание давления в канале 12, в результате чего увеличивается осевое усилие на золотник 2 со стороны этого канала, и когда оно достигнет определенной величины, зависящей от силы сжатия пружины 27, золотник 2, смещаясь вверх, опять прикроет своей шейкой 14 напорное отверстие 6 в гильзе 1. Если нужно уменьшить давление жидкости в канале 12, то надо позволить ползуну 23 переместиться вверх под действием его возвратной пружины 28. Тогда уменьшится сила, действующая на золотник 2 со стороны пружины 27, и золотник под действием давления жидкости в канале 12 сместится вверх, приоткрывая щели между его опорной шейкой 15 и гильзой 1 у торцев пазов 21. Происходит слив избытка жидкости из канала 12, и давление в нем понижается до тех пор, пока не уравняются осевые силы на золотник 2, действующие на него со стороны пружины 27 и от давления жидкости на торец золотника со стороны канала 12, после чего золотник опять прикроет упомянутые щели.

Если нужно совсем снять давление жидкости в канале 12, то отпускают ползун 23, который под действием пружины 28 возвращается в начальное положение. Возвращаясь, ползун 23 тянет за собой шток 3 за его головку 25 и устанавливает золотник 2 в верхнем положении, при котором максимально открываются щели у шейки 15 золотника между кольцевой полостью вокруг перемычки 16 и пазами 21. Благодаря прямоугольной форме этих щелей и большой их ширине происходит быстрый сброс излишка жидкости из канала 12 в сливную полость 11 через осевое отверстие 20 в золотнике и сквозные отверстия 17, 18, 19 в нем. Это обеспечивает быструю своевременную остановку исполнительных механизмов и возвращение их на исходную позицию.

Благодаря наличию в корпусе 4 гильзы 1, служащей для размещения золотника 2, обеспечена долговечность и ремонтопригодность клапана, т.к. и гильза и золотник могут быть выполнены из высококачественной стали с большой твердостью их рабочих поверхностей, при этом имеется возможность замены гильзы после отработки ею положенного срока службы без замены корпуса. Причем корпус и гильза вследствие раздельного их выполнения имеют простую конструкцию и, значит, более технологичную. Упрощению конструкции способствует также наличие у крышки 5 специального кольца 29, которое играет двойную роль, обеспечивая уплотнение между крышкой 5 и корпусом 4 и одновременно поджатие гильзы 1 к уступу в корпусе 4 для ее фиксации в заданном положении. В клапане обеспечен постоянный контакт опорных шеек золотника с посадочной поверхностью в гильзе без высовывания какой-либо его опорной шейки из гильзы, благодаря чему получается минимальный холостой ход золотника от положения, при котором происходит течение жидкости от источника ее давления в канал 12 регулируемой ее подачи, до положения, при котором производится слив жидкости из упомянутого канала в сливную полость 11 для выключения из работы исполнительного сервомеханизма. Соответственно, получается минимальный холостой ход органа управления, что обеспечивает необходимое удобство управления сервомеханизмами. При этом наличие в гильзе продольных пазов 21 одинаковой длины с плоским торцем на конце, сообщающихся со сливной полостью, и наличие в золотнике между его опорными шейками нескольких поперечно расположенных радиальных отверстий 17, 18, 19, пересекающихся с осевым отверстием в нем, открытым со стороны канала регулируемой подачи жидкости, обеспечивает быстрый сброс излишка жидкости из упомянутого канала, благодаря чему происходит быстрое реагирование гидравлической системы на изменение положения органа управления, что повышает безопасность эксплуатации сервомеханизмов.

Устройство предназначено для регулирования подачи жидкости к сервомеханизмам. Устройство содержит гильзу, размещенную в корпусе между каналом регулируемой подачи жидкости и полостью, сообщенной со сливом, в гильзе расположены радиальное отверстие, сообщенное с источником давления жидкости, и сквозное осевое отверстие, в котором со стороны полости, сообщенной со сливом, выполнены продольные пазы одинаковой длины с плоским торцем на конце, в осевом отверстии гильзы расположен золотник, имеющий опорные шейки, между которыми на разном расстоянии от них в золотнике выполнены сквозные радиальные отверстия, пересекающиеся с осевым отверстием в нем, открытым со стороны упомянутого канала регулируемой подачи жидкости, с противоположной стороны золотника расположен шток, имеющий возможность ограниченного перемещения относительно органа управления, подпружиненного относительно золотника и гильзы. Технический результат - повышение безопасности эксплуатации сервомеханизмов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для регулирования подачи жидкости, содержащее гильзу, размещенную в корпусе между каналом регулируемой подачи жидкости и полостью, сообщенной со сливом, в гильзе расположены радиальное отверстие, сообщенное с источником давления жидкости, и сквозное осевое отверстие, в котором со стороны полости, сообщенной со сливом, выполнены продольные пазы одинаковой длины с плоским торцем на конце, в осевом отверстии гильзы расположен золотник, имеющий опорные шейки, между которыми на разном расстоянии от них в золотнике выполнены сквозные радиальные отверстия, пересекающиеся с осевым отверстием в нем, открытым со стороны упомянутого канала регулируемой подачи жидкости, с противоположной стороны золотника расположен шток, имеющий возможность ограниченного перемещения относительно органа управления, подпружиненного относительно золотника и гильзы. 2. Устройство регулирования по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено уплотнительным кольцом из упругого материала, размещенным между крышкой корпуса и торцевой поверхностью гильзы, расположенной со стороны канала регулируемой подачи жидкости, выполненного в упомянутой крышке, а с противоположной стороны гильза сопряжена с уступом в корпусе. 3. Устройство регулирования по п.1 или 2, отличающееся тем, что число радиальных отверстий в золотнике и число продольных пазов в гильзе равно трем, при этом упомянутые пазы имеют профиль арки с шириной у шейки золотника, равной 0,6-0,75 диаметра осевого отверстия в гильзе. 4. Устройство регулирования по п.3, отличающееся тем, что среднее радиальное отверстие в золотнике расположено поперек крайних радиальных отверстий в нем.