ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КЛАПАН Российский патент 2002 года по МПК F16K11/07 F15B13/02 

Область техники
Изобретение относится к объемному гидроприводу и предназначено для использования в гидросистемах с маловязкими рабочими жидкостями типа водомасляной эмульсии.

Предшествующий уровень техники
Известен клапан гидравлический, содержащий корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами (присоединительные каналы - каналы для присоединения клапана к гидравлической системе, в которой он использован), золотник с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов, привод перемещения золотника, запорный орган с уплотнением (Патент СССР 1358790, кл. E 21 D 23/16, 1987).

В этом клапане не обеспечивается защита уплотнения запорного органа при потоке жидкости со стороны ступени меньшего диаметра под давлением, усилие от которого превышает усилие пружины, поджимающей защитную втулку, так как при этом раскрывается стык между защитной втулкой и уступом корпуса, в результате чего образуется зазор, в который выдавливается уплотнение.

Наиболее близким техническим решением является клапан гидравлический, содержащий корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами, золотник с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов, привод перемещения золотника, запорный орган с уплотнением, расположенным с возможностью осевого перемещения в замкнутой кольцевой полости, образованной в позиции разъединения каналов поверхностями золотника, ступенчатого отверстия и расположенной между кольцевыми выступами золотника подпружиненной защитной втулки до торцевого стыка ее с сопрягаемой деталью (Патент Украины 6976, кл. F 15 B 13/02, E 21 D 23/16, 1995).

В данном известном клапане предусмотрена защита от раскрытия стыка и выдавливания уплотнения путем обеспечения возможности его перемещения в защитную втулку при появлении перепада давления на запорном органе со стороны ступени меньшего диаметра. При этом жидкость из замкнутой кольцевой полости вытесняется через зазор между втулкой и сопрягаемой деталью, величина которого получается при изготовлении деталей случайной.

Однако при большом объеме замкнутой кольцевой полости, высокой скорости перемещения уплотнения и большом давлении со стороны ступени меньшего диаметра усилие, действующее на защитную втулку с этой стороны, может превышать усилие поджимной пружины, что приводит к раскрытию стыка и выдавливанию уплотнения в образовавшийся зазор.

Раскрытие изобретения
В основу изобретения поставлена задача повышения надежности гидравлического клапана путем исключения возможности раскрытия стыка замкнутой кольцевой полости до перехода уплотнения в защитную втулку и исключения таким образом выдавливания уплотнения в образовавшийся зазор и его разрушения.

Поставленная задача решается тем, что в гидравлическом клапане, содержащем корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами, золотник с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов, привод перемещения золотника, запорный орган с уплотнением, расположенным с возможностью осевого перемещения в замкнутой кольцевой полости, образованной в позиции разъединения каналов поверхностями золотника, ступенчатого отверстия и расположенной между кольцевыми выступами золотника подпружиненной защитной втулки до торцевого стыка ее с сопрягаемой деталью, согласно изобретению замкнутая кольцевая полость сообщена каналом или каналами с полостью ступени большего диаметра, обеспечивающими возможность перемещения уплотнения под защитную втулку до раскрытия стыка и раскрытие стыка после упора уплотнения в защитную втулку при потоке жидкости со стороны ступени отверстия меньшего диаметра.

Достигаемый технический результат заключается в следующем.

Сообщение замкнутой кольцевой полости каналом или каналами с полостью ступени большего диаметра снижает сопротивление перетеканию жидкости из кольцевой полости в полость ступени большего диаметра при перемещении уплотнения в защитную втулку и, следовательно, снижает давление в кольцевой полости и исключает возможность раскрытия стыка при переходе через него уплотнения, выдавливания уплотнения в образовавшийся зазор и его разрушения. При этом проходное сечение каналов и усилие поджимной пружины выбираются из следующих условий.

Усилие поджатия защитной втулки к уступу при переходе уплотнения в защитную втулку должно быть не менее суммарного усилия, действующего в этот момент на втулку со стороны ступени меньшего диаметра.

Максимальное проходное сечение каналов ограничивается условием исключения выдавливания в них уплотнения после перехода его в защитную втулку и упора уплотнения в торец замкнутой кольцевой полости. При этом проходное сечение каналов зависит от сопротивления дроссельного кольцевого зазора между поверхностями золотника и отверстия меньшего диаметра.

Канал, сообщающий замкнутую кольцевую полость с полостью ступени большего диаметра, может быть выполнен в виде кольцевого зазора между защитной втулкой и сопрягаемой с ней деталью.

Кроме того, данная задача решается следующими путями.

Внутренняя цилиндрическая поверхность замкнутой кольцевой полости образована поверхностью золотника, а наружная цилиндическая поверхность - внутренней поверхностью защитной втулки до стыка ее с уступом отверстия корпуса и дальше поверхностью ступени меньшего диаметра, по торцам кольцевая полость ограничена с одной стороны внутренним кольцевым выступом втулки, а с другой - упорным кольцевым выступом золотника, причем расстояния от стыка втулки с уступом корпуса до торцев замкнутой кольцевой полости не менее ширины уплотнения.

Наружная цилиндрическая поверхность замкнутой кольцевой полости образована поверхностью ступени большего диаметра, внутренняя цилиндрическая поверхность - наружной поверхностью защитной втулки до стыка ее с запорным кольцевым выступом золотника и дальше поверхностью этого кольцевого выступа, по торцам кольцевая полость ограничена с одной стороны наружным кольцевым выступом втулки, а с другой - уступом отверстия корпуса, причем расстояния от стыка втулки с запорным кольцевым выступом золотника до торцев замкнутой кольцевой полости не менее ширины уплотнения.

Корпус снабжен расположенным соосно с имеющимся дополнительным двухступенчатым отверстием, в котором расположен дополнительный запорный орган, при этом полость меньшей ступени отверстия с нормально закрытым запорным органом сообщена с полостью большей ступени отверстия с нормально открытым запорным органом, причем золотник выполнен со съемными кольцевыми выступами с возможностью установки на него защитных втулок. С помощью этих признаков достигаются также новые технические результаты.

Дополнительный запорный орган обеспечивает выполнение функции трехходового распределительного клапана, т.е. расширение функциональных возможностей.

Выполнение съемными кольцевых выступов золотника с возможностью установки на него защитных втулок обеспечивает сборку и разборку клапана без разъема золотника по поперечному сечению и снижения его прочности. Съемные кольцевые выступы позволяют обеспечить как полную гидравлическую уравновешенность золотника, так и заданную неуравновешенность с целью обеспечения гидравлического возврата золотника в исходное положение.

Расширение функциональных возможностей обеспечивается также следующими вариантами выполнения запорных органов клапана.

Нормально открытый запорный орган выполнен с замкнутой кольцевой полостью по п.2, а нормально закрытый - по п.3 формулы изобретения, при этом полость большей ступени отверстия с нормально открытым запорным органом расположена рядом с полостью меньшей ступени отверстия с нормально закрытым запорным органом.

Нормально открытый запорный орган выполнен с замкнутой кольцевой полостью по п.3, а нормально закрытый - по п.2 формулы изобретения, при этом полость большей ступени отверстия с нормально открытым запорным органом расположена рядом с полостью меньшей ступени отверстия с нормально закрытым запорным органом.

Нормально открытый и нормально закрытый запорные органы выполнены с замкнутой кольцевой полостью по п.2 формулы изобретения, при этом полости больших ступеней размещены рядом и разобщены расположенным между ними кольцевым выступом золотника.

Краткое описание чертежей
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 - 11).

На фиг. 1 - 4 показаны два варианта исполнения клапана в позициях разъединения и соединения присоединительных каналов.

На фиг. 5 - 11 показаны четыре варианта трехходового клапана с дополнительным запорным органом и съемными кольцевыми выступами золотника.

Лучшие способы осуществления изобретения
Клапан на фиг.1 содержит корпус 1 с присоединительными каналами 2, 3 и двухступенчатым отверстием со ступенью 4 большего диаметра, ступенью 5 меньшего диаметра и уступом 6 между ними. В отверстии корпуса расположен золотник 7 с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов. Рычаг 8 является приводом перемещения золотника. Защитная втулка 9 с кольцевым выступом 10 на торце поджата пружиной 11 и расположена между кольцевыми выступами 12, 13 золотника. Уплотнение 14 расположено в замкнутой кольцевой полости 15, которая, согласно изобретению сообщена каналом 16 с полостью ступени 4 большего диаметра. Канал может быть выполнен в виде кольцевого зазора 17 (фиг.2) между защитной втулкой и золотником. Все варианты клапана содержат элементы, функционально соответствующие перечисленным элементам.

В гидравлическом клапане на фиг.1, 2 внутренняя цилиндрическая поверхность 18 замкнутой кольцевой полости 15 образована поверхностью золотника, а наружная цилиндрическая поверхность 19 - внутренней поверхностью защитной втулки до стыка ее с уступом 6 отверстия корпуса и дальше поверхностью ступени 5 меньшего диаметра, по торцам кольцевая полость ограничена с одной стороны внутренним кольцевым выступом 10 втулки, а с другой - упорным кольцевым выступом 12 золотника, причем расстояния 20, 21 от стыка втулки с уступом корпуса до торцев замкнутой кольцевой полости не менее ширины уплотнения 14.

В гидравлическом клапане на фиг.3, 4 наружная цилиндрическая поверхность замкнутой кольцевой полости 23 с уплотнением 24 образована поверхностью ступени 4 большего диаметра, внутренняя цилиндрическая поверхность 25 - наружной поверхностью защитной втулки 26 до стыка ее с запорным кольцевым выступом 27 и дальше поверхностью этого кольцевого выступа, по торцам кольцевая полость ограничена с одной стороны наружным кольцевым выступом 28 защитной втулки 26, а с другой - уступом 6 отверстия корпуса, причем расстояния 29, 30 от стыка втулки с запорным кольцевым выступом золотника до торцев замкнутой кольцевой полости не менее ширины уплотнения 24. Защитная втулка 26 поджата пружиной 31 и расположена между кольцевыми выступами 27, 32 золотника. Кольцевой зазор 17 может быть как сплошным, так и прерывистым (фиг.4) при центровке защитной втулки с помощью выступов типа шлицов.

В трехходовом клапане на фиг.5 - 11 корпус снабжен расположенным соосно имеющемуся дополнительным двухступенчатым отверстием, в котором расположен дополнительный запорный орган.

Кольцевые выступы золотника выполняются съемными в различных сочетаниях, обеспечивающих возможность установки защитных втулок на золотник. При этом поршневой кольцевой выступ золотника может быть выполнен, например, в виде двух съемных кольцевых выступов 41, 42, между которыми расположено уплотнение 43 (фиг.5).

В исходном положении клапана гидравлическая неуравновешенность золотника задается условиями обеспечения гидравлического возврата золотника в исходное положение и приемлемого усилия переключения клапана. Это обеспечивается выбором соответствующего соотношения диаметров кольцевых выступов золотника.

В гидравлическом клапане на фиг.5,6 нормально открытый запорный орган выполнен с замкнутой кольцевой полостью по п.2 формулы изобретения (см. фиг. 2), а нормально закрытый - по п.3 (см. фиг.3). Упорный кольцевой выступ 44 золотника выполнен съемным, что обеспечивает установку на золотник подпружиненной защитной втулки 9. Съемные кольцевые выступы поршня 41, 42 обеспечивают установку на золотник подпружиненной защитной втулки 26. Кольцевые выступы 41, 44 на обоих концах золотника зафиксированы стопорными кольцами 45, 46. Полость большей ступени 4 отверстия с нормально открытым запорным органом расположена рядом с полостью меньшей ступени 5 отверстия с нормально закрытым запорным органом.

В гидравлическом клапане на фиг. 7 съемным выполнен не упорный 12, а запорный 47 кольцевой выступ золотника с уплотнением 48, что обеспечивает установку подпружиненной защитной втулки 9 с левого конца золотника. Запорный кольцевой выступ зафиксирован стопорным кольцом 49. В отверстии корпуса установлена дополнительная возвратная пружина 50. Уплотнения 14, 24 установлены в манжетах 51, 52.

В гидравлическом клапане на фиг.8, 9 нормально открытый запорный орган выполнен с замкнутой кольцевой полостью по п.3 формулы изобретения (см. фиг. 4), а нормально закрытый - по п.2 (см. фиг.1). Полость меньшей ступени 5 отверстия с нормально открытым запорным органом сообщена с присоединительным каналом 55. Полость большей ступени 4 отверстия с нормально открытым запорным органом расположена рядом с полостью меньшей ступени 5 отверстия с нормально закрытым запорным органом. Поршневые и упорный кольцевой выступы выполнены съемными, что обеспечивает установку на золотник подпружиненных защитных втулок. Перемещение съемного кольцевого выступа 56 в сторону нормально открытого запорного органа ограничено ободком 57 золотника.

В гидравлическом клапане на фиг.10, 11 нормально открытый и нормально закрытый запорные органы выполнены с замкнутой кольцевой полостью по п.2 формулы изобретения (см. фиг.1, 2), причем полости больших ступеней размещены рядом и разобщены расположенным между ними кольцевым выступом 58 золотника и уплотнением 59. Полость меньшей ступени 5 отверстия с нормально закрытым запорным органом сообщена каналами 60, 61 с полостью большей ступени 4 отверстия с нормально открытым запорным органом. Между уплотнениями 14 и 43 установлена втулка 62. При этом кольцевой выступ, расположенный на правом конце втулки, выполняет функцию упорного кольцевого выступа золотника, а кольцевой выступ, расположенный на левом конце втулки, выполняет функцию съемного кольцевого выступа поршня. Съемные кольцевые выступы зафиксированы стопорными кольцами 45, 46.

Гидравлический клапан работает следующим образом.

В исходном состоянии клапана (фиг.1) золотник находится в крайнем правом положении. При этом уплотнение 14 давлением жидкости поджимается к правому торцу замкнутой кольцевой полости, а защитная втулка 9 пружиной 11 и жидкостью поджата к уступу 6 отверстия корпуса. Присоединительные каналы 2 и 3 разъединены между собой.

При повороте рычага 8 золотник 7 перемещается в левое положение. При этом сначала уплотнение 14 вместе с золотником перемещается под защитную втулку 9, вытесняя жидкость из замкнутой кольцевой полости через канал 16. Затем уплотнение упирается в кольцевой выступ 10 защитной втулки и дальше перемещается в крайнее левое положение вместе со втулкой (фиг.2). Стык между защитной втулкой и уступом 6 раскрывается, присоединительные каналы 2 и 3 соединяются между собой. Возврат золотника в исходное положение может осуществляться как дополнительной пружиной, так и под давлением жидкости за счет частичного гидравлического разуравновешивания золотника.

При потоке жидкости со стороны ступени 5 меньшего диаметра (фиг.1) жидкость поступает в замкнутую кольцевую полость через дроссельный зазор между кольцевым выступом 12 золотника и отверстием 5 и перемещает уплотнение 14 в защитную втулку 9.

При переключении клапана на фиг.3 защитная втулка 26 перемещается вместе с золотником вправо до упора в уплотнение 24. При дальнейшем перемещении золотника стык между защитной втулкой 26 и кольцевым выступом 27 раскрывается. Канал 2 соединяется с каналом 3 (фиг.4).

При потоке жидкости со стороны ступени 5 меньшего диаметра (фиг.3) жидкость поступает в замкнутую кольцевую полость через дроссельный зазор между кольцевым выступом 27 золотника и отверстием 5 и перемещает уплотнение 24 в защитную втулку 26.

В исходном состоянии трехходового клапана (фиг.5) золотник 7 находится в левом крайнем положении. При этом канал 3 разобщен запорным выступом 27 от канала 2 и соединен с отверстием 5. При повороте рычага 8 золотник перемещается в правое положение (фиг.6). При этом защитная втулка 9 подходит к уступу 6 корпуса и останавливается. Канал 3 отсекается от отверстия 5. Защитная втулка 26 перемещается вслед за запорным выступом 27 до упора выступом 28 в уплотнение 24. При дальнейшем перемещении золотника стык между втулкой 26 и выступом 27 раскрывается и канал 2 соединяется с каналом 3. Уплотнение 14 давлением жидкости перемещается в отверстие 5. При возврате золотника в исходное положение сначала запорный выступ 27 отсекает канал 3 от канала 2, а затем раскрывается стык между уступом 6 корпуса и втулкой 9, и канал 3 соединяется с отверстием 5.

Трехходовые клапаны по другим вариантам работают аналогичным образом.

На фиг. 7 показан пример возврата золотника в исходное положение дополнительной пружиной 50.

В исходном состоянии клапана на фиг.8 запорный орган с защитной втулкой 26 с наружным кольцевым выступом находится в нормально открытом, а запорный opгaн с защитной втулкой 9 с внутренним кольцевым выступом - в нормально закрытом положении. При переключении клапана запорный выступ 27 золотника подходит к торцу защитной втулки 26 (фиг.9) и разобщает каналы 3 и 55. При дальнейшем перемещении золотника уплотнение 14 упирается в кольцевой выступ защитной втулки 9 и отводит ее от уступа корпуса. Канал 2 соединяется с каналом 3. При возврате золотника в исходное положение канал 3 сначала отсекается от канала 2, а затем соединяется с каналом 55.

В гидравлическом клапане на фиг 10, 11 при перемещении золотника вправо сначала канал 3 отсекается от правого отверстия 5, а затем канал 2 через каналы 60, 61 соединяется с каналом 3.

Промышленная применимость
Изобретение может быть использовано в угольной промышленности и других отраслях деятельности.

Изобретение предназначено для использования в гидросистемах с маловязкими рабочими жидкостями типа водомасляной эмульсии, в частности гидросистемах горных машин. Гидравлический клапан содержит корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами. Золотник с кольцевыми выступами расположен с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов. Привод перемещения золотника. Запорный орган с уплотнением. Уплотнение расположено с возможностью осевого перемещения в замкнутой кольцевой полости. Эта полость образована в позиции разъединения каналов поверхностями золотника, ступенчатого отверстия и расположенной между кольцевыми выступами золотника подпружиненной защитной втулки до торцевого стыка ее с сопрягаемой деталью. Замкнутая кольцевая полость сообщена с полостью ступени большего диаметра. Замкнутая кольцевая полость может быть сообщена с указанной полостью одним или несколькими каналами, обеспечивающими возможность перемещения уплотнения под защитную втулку до раскрытия стыка и раскрытие стыка после упора уплотнения в защитную втулку при потоке жидкости со стороны отверстия меньшего диаметра. Технический результат: исключение возможности раскрытия стыка замкнутой кольцевой полости до перехода уплотнения в защитную втулку и выдавливания его в образовавшийся зазор. 6 з.п.ф-лы, 11 ил.

1.Гидравлический клапан, содержащий корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами, золотник с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов, привод перемещения золотника, запорный орган с уплотнением, расположенным с возможностью осевого перемещения в замкнутой кольцевой полости, образованной в позиции разъединения каналов поверхностями золотника, ступенчатого отверстия и расположенной между кольцевыми выступами золотника подпружиненной защитной втулки до торцевого стыка ее с сопрягаемой деталью, отличающийся тем, что замкнутая кольцевая полость сообщена каналом или каналами с полостью ступени большего диаметра, обеспечивающими возможность перемещения уплотнения под защитную втулку до раскрытия стыка и раскрытие стыка после упора уплотнения в защитную втулку при потоке жидкости со стороны ступени отверстия меньшего диаметра. 2. Гидравлический клапан по п.1, отличающийся тем, что внутренняя цилиндрическая поверхность замкнутой кольцевой полости образована поверхностью золотника, а наружная цилиндрическая поверхность - внутренней поверхностью защитной втулки до стыка ее с уступом отверстия корпуса и дальше поверхностью ступени меньшего диаметра, по торцам кольцевая полость ограничена с одной стороны внутренним кольцевым выступом втулки, а с другой - упорным кольцевым выступом золотника, причем расстояния от стыка втулки с уступом корпуса до торцев замкнутой кольцевой полости не менее ширины уплотнения. 3. Гидравлический клапан по п.1, отличающийся тем, что наружная цилиндрическая поверхность замкнутой кольцевой полости образована поверхностью ступени большего диаметра, внутренняя цилиндрическая поверхность - наружной поверхностью защитной втулки до стыка ее с запорным кольцевым выступом золотника и дальше поверхностью этого кольцевого выступа, по торцам кольцевая полость ограничена с одной стороны наружным кольцевым выступом втулки, а с другой - уступом отверстия корпуса, причем расстояния от стыка втулки с запорным кольцевым выступом золотника до торцев замкнутой кольцевой полости не менее ширины уплотнения. 4. Гидравлический клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен расположенным соосно имеющемуся дополнительным двухступенчатым отверстием, в котором расположен дополнительный запорный орган, при этом полость меньшей ступени отверстия с нормально закрытым запорным органом сообщена с полостью большей ступени отверстия с нормально открытым запорным органом, причем золотник выполнен со съемными кольцевыми выступами с возможностью установки на него защитных втулок. 5. Гидравлический клапан по п.4, отличающийся тем, что нормально открытый запорный орган выполнен с замкнутой кольцевой полостью по п.2, а нормально закрытый - по п.3, при этом полость большей ступени отверстия с нормально открытым запорным органом расположена рядом с полостью меньшей ступени отверстия с нормально закрытым запорным органом. 6. Гидравлический клапан по п.4, отличающийся тем, что нормально открытый запорный орган выполнен с замкнутой кольцевой полостью по п.3, а нормально закрытый - по п.2, при этом полость большей ступени отверстия с нормально открытым запорным органом расположена рядом с полостью меньшей ступени отверстия с нормально закрытым запорным органом. 7. Гидравлический клапан по п.4, отличающийся тем, что нормально открытый и нормально закрытый запорные органы выполнены с замкнутой кольцевой полостью по п.2, при этом полости больших ступеней размещены рядом и разобщены расположенным между ними кольцевым выступом золотника.