ТРЕХЛИНЕЙНЫЙ ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ ЗОЛОТНИКОВЫЙ ЭЛЕКТРОПНЕВМОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ОДНОСТОРОННИМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК F15B13/44 

Предлагаемое изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для дистанционного (электрического) управления потоками сжатого воздуха преимущественно в пневмоприводах различного назначения.

Известны электропневмораспределители (пневмораспределители) с различными конструкциями распределительных устройств: крановые, с плоским золотником, клапанные и с цилиндрическим золотником. Последние наряду с клапанными широко применяются в промышленности вследствие простой и технологичной конструкции, а также широких функциональных возможностей и удобной компоновки.

На рис.4.39 с.109 книги Е.В. Герц. Пневматические устройства и системы в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1981, показана конструкция трехлинейного двухпозиционного золотникового пневмораспределителя с односторонним пневматическим управлением.

К недостаткам известной конструкции следует отнести то, что цилиндрический золотник устанавливается в корпус с зазором 2...6 мкм без применения уплотнений. Сопрягаемые детали (корпус-золотник) в этом случае образуют прецизионную пару, что создает определенные технологические трудности в части обеспечения точности, минимальной шероховатости поверхности, селективной сборки, дополнительной маркировки сопрягаемых деталей для обеспечения их совместного применения и т.д. Необходимость выполнения в корпусе кольцевых проточек, с которыми соединяются отверстия для подвода и отвода воздуха, и вышеуказанные недостатки снижают показатели технологичности известной конструкции.

Кроме того, отсутствие в известной конструкции механизма вспомогательного ручного управления затрудняет проведение восстановительных и пусконаладочных работ.

Наиболее близкими по технической сущности (прототипами) являются трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители с цилиндрическим золотником с электрическим управлением и с пневматическим или пружинным возвратом золотника в исходное положение SYJ314, EYZ512M (каталог “SMC Пневматик”, Япония (Copyright by SMC Pneumatik LLC, Russia 199106 St. Petersburg), c. 176, 1998.).

Указанные конструкции содержат наибольшее количество сходных с заявляемым пневмораспределителем признаков, а именно: все пневмораспределители являются трехлинейными, двухпозиционными и каждый из них содержит корпус, цилиндрический золотник с уплотнительными узлами на наружной поверхности, электропневматический клапан управления, механизм вспомогательного ручного управления, систему каналов, соединяющих пневмораспределитель с исполнительным механизмом, источником питания и атмосферой.

Простоту указанных конструкций (прототипов) выгодно отличает то, что цилиндрический золотник пневмораспределителя под воздействием управляющего пневмосигнала аксиально перемещается в ту или другую сторону непосредственно в расточке корпуса, а для управления потоком сжатого воздуха в расточке корпуса выполнены коллекторные кольцевые канавки трапециидальной формы.

Для плавного вхождения или схода наружных уплотнений распределительных буртов золотника при его рабочих перемещениях упомянутые канавки должны быть изготовлены с высоким качеством поверхностей заходных фасок, что также представляет определенные технологические трудности.

К недостаткам следует отнести и то, что наружные уплотнения золотников работают в тяжелых условиях, так как при переключениях пневмораспределителя эти уплотнения то входят, то выходят из контакта с корпусом, испытывая при этом знакопеременные деформации по сечению от кромок кольцевых канавок корпуса и перепада давления и, как следствие этого, подвергаются усиленному механическому износу.

Кроме того, для вхождения уплотнителя из коллекторной канавки в расточку корпуса к золотнику для его перемещения требуются повышенные осевые силы, для чего в прототипах предусмотрены специальные поршни управления золотниками с рабочими площадями, превышающими площадь золотника более чем в 2 раза. Вызванная необходимость усложнения конструкции приводит к повышению трудоемкости изготовления и, следовательно, к повышению стоимости изготовления пневмораспределителя.

В конструкциях прототипов механизм вспомогательного ручного управления выполнен с вертикальным и труднодоступным расположением нажимного элемента. В совокупности указанные недостатки снижают показатели технологичности и надежности пневмораспределителей-прототипов.

Технической задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции, расширение технологических возможностей и повышение надежности пневмораспределителя.

Поставленная задача решается тем, что в трехлинейном двухпозиционном золотниковом электропневмораспределителе с односторонним управлением, содержащем корпус, цилиндрический золотник с уплотнительными узлами на наружной поверхности, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления и систему каналов, соединяющих пневмораспределитель с исполнительным механизмом и источником питания, согласно изобретению цилиндрический золотник установлен внутри расточки корпуса с образованием полостей распределения и управления с возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования уплотнительных узлов на наружной поверхности распределительных буртов с поверхностью расточки, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками с образованными на поверхности расточки корпуса отсечными кромками радиально направленных каналов управления исполнительным механизмом (ИМ), причем между наружной поверхностью золотника и поверхностью расточки корпуса установлен гарантированный кольцевой зазор, а финишная обработка поверхности расточки корпуса и формирование радиусов закругления на отсечных кромках каналов управления ИМ выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой свободно вращающимися, аксиально перемещающимися и поджатыми к раскатываемой поверхности подпружиненными шариками, при этом диаметры шарика и каналов управления ИМ связаны соотношением:

D_ш/d_к=1,7...2,

где D_ш - диаметр шарика;

d_к - диаметр канала управления,

а уплотнительные узлы золотника выполнены в виде установленных в наружных кольцевых канавках с предварительным натягом упругого резинового кольца и тонкостенной цилиндрической обечайки из полимерного антифрикционного материала, имеющей в радиальном сечении прямоугольную форму и размещенной в канавке золотника с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью расточки корпуса и упругим резиновым кольцом, при этом наружный диаметр обечайки выбран в соответствии с зависимостью

D_o=D_р+0,5, мм,

где D_o - наружный диаметр обечайки, мм;

D_p - диаметр расточки корпуса, мм,

причем на торцах обечайки, контактирующих с поверхностями кольцевой канавки, выполнены полуцилиндрические радиально направленные сквозные пазы (углубления) с возможностью сообщения полости канавки, ограниченной обечайкой, с полостью управления или распределения золотника, причем пазы образованы одинаковой глубины и расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях, а механизм вспомогательного ручного управления встроен в полость подачи командного давления по управлению золотником соосно его положению и выполнен в виде аксиально-подвижного стержня (привода) с цилиндрической головкой и охватывающей его уплотняющей втулки, неподвижно закрепленной в корпусе, при этом головка стержня одним торцом оперта в торец внутренней цилиндрической расточки уплотняющей втулки с возможностью взаимодействия другим торцом с торцом золотника при перемещении стержня (привода).

Предложенное технологическое решение по финишной безабразивной обработке поверхностей для установки золотников в корпусных деталях, изготавливаемых преимущественно из алюминиевых сплавов, путем пластической деформации с применением механической раскатки шариками обеспечило высокое качество обрабатываемых поверхностей (шероховатость не более 0,16 мкм) с одновременным формированием радиусов закруглений отсечных кромок распределительных каналов корпуса, что упростило конструкцию пневмораспределителя.

Установка в цилиндрический золотник предлагаемой конструкции уплотнительного узла, состоящего из резинового кольца и, например, фторопластовой тонкостенной обечайки, работающей в контакте с поверхностью расточки корпуса и резиновым кольцом, установленным с предварительным натягом, позволило существенно снизить силы трения перемещения золотника (более чем в три раза), значительно повысить ресурс золотника при сохранении установленных норм герметичности.

Кроме того, введение в уплотнительный узел фторопластовой обечайки при прочих равных условиях открывает возможность увеличения диаметров каналов распределения в корпусе, т.е. пропускной способности пневмораспределителя.

За счет снижения сил трения по золотнику исключается применение в конструкции пневмораспределителя специального поршня управления, как это предусматривается в пневмораспределителях-прототипах, а введение в пневмораспределитель упрощенной конструкции механизма (привода) ручного управления с горизонтальным расположением улучшает условия эксплуатации пневмораспределителя непосредственно на рабочем объекте.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг.1 показан общий вид, разрез трехлинейного двухпозиционного золотникового пневмораспределителя с односторонним управлением, с пружинным устройством возврата золотника в исходное положение, в закрытом положении. Электрический сигнал управления отсутствует.

- На фиг.2 показано место А на фиг.1 - схема раскатки подпружиненными шариками поверхности расточки корпуса и отсечных кромок каналов управления и место Б на фиг.2 - разрез уплотнительного узла золотника.

- На фиг.3 показан общий вид, разрез пневмораспределителя в открытом положении. На электропневматический клапан подан электрический сигнал управления.

- На фиг.4 показан общий вид, разрез пневмораспределителя в открытом положении при нажатом приводе механизма вспомогательного ручного управления. Электрический сигнал управления отсутствует.

Пневмораспределитель содержит корпус 1 с каналами 2 и 3а управления потребителем - ИМ, каналами напора 3, выпуска в атмосферу 4, подачи командного давления 5 от электропневматического клапана 6 на открытие пневмораспределителя подачи сжатого воздуха в ИМ. Внутри расточки 7 корпуса установлен цилиндрический золотник 8 с образованием полостей распределения 9 и управления 10 и возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования уплотнительных узлов 11 на наружной поверхности распределительных буртов 12 с поверхностью расточки, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками 13 с образованными на поверхности расточки корпуса отсечными кромками 14 радиально направленных каналов управления 2 и 3а и канала выпуска в атмосферу 4. Между наружной поверхностью золотника и поверхностью расточки корпуса установлен гарантированный кольцевой зазор 15.

Финишная безабразивная обработка поверхности расточки и формирование радиусов закругления R на отсечных кромках 14 каналов управления выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой поджатыми к раскатываемой поверхности подпружиненными шариками 16. Уплотнительные узлы золотника выполнены в виде установленных в наружных кольцевых канавках 17 (см.фиг.2) с предварительным натягом упругого резинового кольца 18 и тонкостенной цилиндрической обечайки 19, контактирующей своими образующими поверхностями с поверхностью расточки корпуса и уплотнительным кольцом.

На торцах 20 и 20а обечайки выполнены полуцилиндрические радиально направленные сквозные пазы 21, сообщающие полость 22 канавки 17 с полостью распределения 9. В полость 10 (см.фиг 1) подачи командного давления по управлению золотником встроен соосно положению золотника механизм вспомогательного ручного управления, выполненный в виде аксиально подвижного стержня (привода) 23 с цилиндрической головкой 24 и охватывающей его уплотняющей втулки 25, неподвижно закрепленной в корпусе.

При дистанционном (электрическом) управлении пневмораспределителем торец 26 головки стержня упирается в торец 27 внутренней расточки уплотняющей втулки 25, не мешая работе пневмораспределителя на этом режиме. При ручном управлении золотником (при нажиме на стержень (привод) головка стержня открытым торцом 28 перемещает поджатый пружиной 29 золотник на рабочий ход до упора в донышко стакана 30, закрепленного на противоположной стороне корпуса.

Трехлинейный двухпозиционный золотниковый пневмораспределитель с односторонним управлением в режиме управления ИМ работает следующим образом.

Электрический сигнал управления отсутствует (см. фиг.1).

Из канала напора 3 давление воздуха поступает в закрытый золотником канал управления 3а корпуса. Благодаря установленному зазору 15 между золотником и корпусом давление воздуха подводится через радиальные сквозные пазы 21 (фиг.2) фторопластовой обечайки 19 во внутренние полости 22 кольцевых канавок 17, под действием этого давления уплотнительные кольца 18, размещенные в канавках при сборке с предварительным натягом, дополнительно прижимают уплотняющие поверхности обечайки 19 к поверхности расточки корпуса, обеспечивая высокую степень герметичности по золотнику.

Одновременно под воздействием сил тяжести подвижных элементов ИМ или воздействием специальных возвратных пружин воздух из рабочей камеры ИМ вытесняется через канал управления 2 корпуса, распределительную полость 9 золотника в канал 4 корпуса и в атмосферу.

На электропневматический клапан управления 6 подан электрический сигнал управления (см. фиг.3)

Под действием электрического сигнала управления якорь электропневматического клапана 6 втягивается (перемещается влево по схеме), открывая проход сжатого воздуха из канала напора 3 в канал 5 подачи командного давления в полость управления 10, под действием которого цилиндрический золотник, преодолевая усилие сжатой пружины 29, перемещается в крайнее правое (по схеме) положение, при этом сжатый воздух из напорного канала 3, канала управления 3а через золотник поступает в канал управления 2 и рабочую полость пневмоцилиндра ИМ, совершая работу.

При рабочем перемещении золотника канал 4, связанный с атмосферой, автоматически закрывается.

Электрический сигнал управления отсутствует. Привод 23 механизма вспомогательного ручного управления нажат (см. фиг.4).

При нажатии привода 23 золотник перемещается в крайнее правое (по схеме) положение, при котором аналогично подаче электрического сигнала на электропневматический клапан 6 (см. фиг.3) совершается работа ИМ.

Предлагаемая конструкция пневмопраспределителя, имеющего меньшие габариты и массу, обеспечивающая возможность постоянного контактирования уплотнений цилиндрического золотника с корпусом без образования в нем трапецеидальных кольцевых коллекторных канавок, повышает технологичность и качество изготовления, существенно упрощает конструкцию и, как следствие, уменьшает трудоемкость изготовления.

Введение в уплотнительный узел золотника фторопластовой обечайки с торцовыми радиально направленными сквозными каналами (пазами) позволило значительно повысить его ресурс при сохранении установленных норм герметичности и обеспечить надежную работу пневмораспределителя в условиях недостаточного смазывания трущихся поверхностей и возможном загрязнении рабочей среды, а установка в пневмораспределитель простой конструкции горизонтально расположенного привода механизма вспомогательного ручного управления улучшает условия управления потребителем системой пневмопривода в течение всего периода эксплуатации.

Электропневмораспределитель предназначен для управления потоком сжатого воздуха в пневмоприводах различного типа. Распределитель содержит корпус, цилиндрический золотник с уплотнительными узлами на наружной поверхности, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления и систему каналов, соединяющих пневмораспределитель с исполнительным механизмом и источником питания, при этом цилиндрический золотник установлен внутри расточки корпуса с образованием полостей распределения и управления с возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования уплотнительных узлов на наружной поверхности распределительных буртов с поверхностью расточки, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками с образованными на поверхности расточки корпуса отсечными кромками радиально направленных каналов управления исполнительным механизмом (ИМ), причем между наружной поверхностью золотника и поверхностью расточки корпуса установлен гарантированный кольцевой зазор, а финишная обработка поверхности расточки корпуса и формирование радиусов закругления на отсечных кромках каналов управления ИМ выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой свободно вращающимися, аксиально перемещающимися и поджатыми к раскатываемой поверхности подпружиненными шариками, при этом диаметры шарика и каналов управления ИМ связаны соотношением D_ш/D_к,=1,7...2, где d_ш -диаметр шарика; d_к -диаметр канала управления. Технический результат - повышение надежности распределителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трехлинейный двухпозиционный золотниковый электропневмораспределитель с односторонним управлением (пневмораспределитель), содержащий корпус, цилиндрический золотник с уплотнительными узлами на наружной поверхности, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления и систему каналов, соединяющих пневмораспределитель с исполнительным механизмом и источником питания, отличающийся тем, что цилиндрический золотник установлен внутри расточки корпуса с образованием полостей распределения и управления с возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования уплотнительных узлов на наружной поверхности распределительных буртов с поверхностью расточки, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками с образованными на поверхности расточки корпуса отсечными кромками радиально направленных каналов управления исполнительным механизмом (ИМ), причем между наружной поверхностью золотника и поверхностью расточки корпуса установлен гарантированный кольцевой зазор, а финишная обработка поверхности расточки корпуса и формирование радиусов закругления на отсечных кромках каналов управления ИМ выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой свободно вращающимися, аксиально перемещающимися и поджатыми к раскатываемой поверхности подпружиненными шариками, при этом диаметры шарика и каналов управления ИМ связаны соотношением

D_ш/D_к=1,7...2,

гдe D_ш - диаметр шарика;

D_к - диаметр канала управления.

D_o=D_р + 0,5, мм,

где D_o - наружный диаметр обечайки, мм;

D_p - диаметр расточки корпуса, мм,

а на торцах обечайки, контактирующих с поверхностями кольцевой канавки, выполнены полуцилиндрические радиально направленные сквозные пазы (углубления) с возможностью сообщения полости канавки, ограниченной обечайкой, с полостью управления или распределения золотника, причем пазы образованы одинаковой глубины и расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях.