ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК F16K31/126 

Изобретение относится к области автоматических систем управления, а именно к исполнительным устройствам и механизмам. Известны гидравлические и пневматические исполнительные устройства мембранного типа, в которых основным рабочим элементом служит эластичная мембрана, например [1]. Данное устройство содержит плоскую мембрану с жестким центром, закрепленную по внешней кромке между двумя корпусными деталями, шток, соединенный с жестким центром мембраны. Мембрана выполняет функции поршня, преобразующего давление рабочей среды в механическое перемещение, и уплотнительного элемента одновременно. Основные недостатки данного устройства: малый рабочий ход, непостоянство рабочего усилия от перемещения и значительные габариты, что ограничивает область применения данных устройств.

Известно исполнительное устройство с гофрированной (чашеобразной, в исходном состоянии) мембраной, например [2], наиболее близкое к предлагаемому решению. В этом устройстве мембрана, отформованная в виде эластичного цилиндра с дном, также снабжена жестким центром со штоком и закреплена между торцами цилиндрических корпусов, образующих рабочий цилиндр. При работе устройства под действием рабочего давления мембрана выжимается в зазор между жестким центром и стенкой цилиндра и образует гофру, которая обеспечивает данному устройству значительное увеличение рабочего хода по сравнению с устройствами с плоской мембраной. Основной недостаток данного устройства следующий. При перемещении жесткого центра перемещается и гофра мембраны, учитывая, что при образовании гофры мембрана выворачивается вовнутрь, и в стенках мембраны возникают внутренние напряжения, появляется значительное внутреннее трение в стенках мембраны. Для увеличения рабочего давления мембраны изготавливают из прорезиненных мембранных полотен, которые имеют небольшую эластичность. Поэтому при многократных рабочих циклах, особенно при низких температурах, данное устройство имеет недостаточную надежность из-за расслоения полотна и потери герметичности. Кроме этого при сборке данного устройства возникает неопределенность деформаций по опорным поверхностям мембраны, что также снижает надежность механизма в целом.

Задача данного изобретения: повышение надежности и снижение трения исполнительного мембранного устройства.

Это достигается тем, что в исполнительном устройстве, содержащем чашеобразную эластичную мембрану с жестким центром и штоком, закрепленную между двумя цилиндрами, цилиндры расположены коаксиально друг относительно друга, мембрана выполнена из двух отдельных слоев, внутреннего герметичного из морозостойкого материала и наружного тканого, при этом мембрана со стороны боковой поверхности закреплена в проточках внутреннего цилиндра, причем конец наружного слоя мембраны переплетен между эластичными кольцами и поджат к стенке наружного цилиндра, а поверхность мембраны со стороны ее основания зажата между дном штока, кольцевым выступом упорной шайбы и опорным кольцом, размещенных на штоке, причем на обеих сторонах опорного кольца выполнены проточки, а на внутреннем слое мембраны кольцевые утолщения, форма мембраны, на половине рабочей длины в ее исходном состоянии, выполнена конической с углом 3...10°.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства. Последнее содержит внутренний цилиндр, совмещенный с корпусом 1, наружный тонкостенный цилиндр 2, мембрану, состоящую из двух эластичных слоев, внутреннего герметичного 3 и наружного силового 4. Внутренний слой выполняется, например, из мягкой морозостойкой резины, а наружный из вязаного полотна. На торцах внутреннего слоя выполнены кольцевые утолщения 5 для надежной герметизации рабочей полости механизма, а на внутреннем цилиндре кольцевые проточки 6. Жесткий центр образован дном штока 7, опорным кольцом 8 и упорной шайбой 9. В опорном кольце с двух сторон выполнены кольцевые проточки, в которых фиксируются оба слоя мембраны, отдельно друг от друга. Мембрана выполнена чашеобразной формы, причем на половине рабочей длины L в исходном не деформированном состоянии мембрана выполнена конической, с углом 3...10° от цилиндрической образующей. При креплении наружного слоя на внутреннем цилиндре край слоя переплетается между двумя эластичными кольцами 10 и запирается стенкой наружного цилиндра, при этом обеспечивается однозначность крепления обоих слоев и герметичность соединения внутреннего слоя. На другом конце кольцевое утолщение внутреннего слоя мембраны зажато в кольцевом замке, образованном между дном штока и опорным кольцом 8, которые соприкасаются по внутренней поверхности, обеспечивая однозначный натяг по кольцевому утолщению и герметичность соединения. Наружный слой затягивается кольцевым выступом упорной шайбы 9 определенным моментом закрутки гайки 11. Такая конструкция обеспечивает независимость крепления слоев мембраны на подвижном штоке, по условиям работы наиболее нагруженном месте.

При работе устройства, т.е. когда шток перемещается на величину L, образуется гофра, но оба слоя мембраны работают независимо друг от друга, трение в гофре резко снижается, обеспечивая более низкое давление срабатывания. Возможность применения более тонкого и эластичного внутреннего слоя обеспечивает его повышенный ресурс при работе на изгиб и надежность герметизации, особенно на низких температурах.

Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом, обеспечивает снижение трения и повышение надежности путем обеспечения более надежного крепления и герметизации рабочей мембраны, а также увеличения ресурса ее работы.

Источники информации

1. Цикерман Л.Я., Шимкович В.В. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматики. - М.: Высшая школа, 1971, с. 67, рис.20.

2. То же, стр. 69, рис.22.

Изобретение относится к области систем управления и предназначено для преобразования давления рабочей среды в перемещение. Технический результат заключается в повышении надежности и снижении трения. Исполнительное устройство содержит чашеобразную в исходном состоянии эластичную мембрану с жестким центром и штоком, закрепленную между двумя цилиндрами, последние расположены коаксиально друг относительно друга, мембрана выполнена из двух отдельных слоев, внутреннего герметичного из морозостойкого материала и наружного тканого, при этом мембрана со стороны боковой поверхности закреплена в проточках внутреннего цилиндра, конец наружного слоя мембраны переплетен между эластичными кольцами и поджат к стенке наружного цилиндра, а поверхность мембраны со стороны ее основания зажата между дном штока, кольцевым выступом упорной шайбы и опорным кольцом, размещенных на штоке, причем на обеих сторонах опорного кольца выполнены проточки, а на внутреннем слое мембраны кольцевые утолщения, форма мембраны, на половине рабочей длины, выполнена конической с углом 3...10°. 1 ил.

Исполнительное мембранное устройство, содержащее чашеобразную эластичную мембрану с жестким центром и штоком, закрепленную между двумя цилиндрами, отличающееся тем, что цилиндры расположены коаксиально друг относительно друга, мембрана выполнена из двух отдельных слоев, внутреннего герметичного из морозостойкого материала и наружного тканого, при этом мембрана со стороны боковой поверхности закреплена в проточках внутреннего цилиндра, причем конец наружного слоя мембраны переплетен между эластичными кольцами и поджат к стенке наружного цилиндра, а поверхность мембраны со стороны ее основания зажата между дном штока, кольцевым выступом упорной шайбы и опорным кольцом, размещенных на штоке, причем на обеих сторонах опорного кольца выполнены проточки, а на внутреннем слое мембраны кольцевые утолщения, форма мембраны, на половине рабочей длины, выполнена конической с углом 3...10°.