ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ КЛАПАН Российский патент 2004 года по МПК F16K31/02 

Предлагаемое изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для дистанционного (электрического) управления потоками сжатого воздуха.

Известен электромагнитный пневматический клапан (в дальнейшем - клапан), применяющийся в трехлинейных пневмораспределителях типа П-РЭ3/1, П-ЭПР-3, П-РЭ 3/2,5, конструкция которого показана на фиг. 27 с.42 отраслевого каталога Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР “Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления”, Москва, 1990 г.

В катушке 6 размещена пружина 5 с завальцованным внутри упором (стопом). Внутри гильзы 5 перемещается якорь 4 с уплотнительным узлом 3 и пружинами 1 и 2. Принцип действия такого клапана основан на открытии отверстия в седле 7 вследствие перемещения якоря 4 к электромагниту, который при своем движении захватывает уплотнительный узел 3 и отодвигает его от седла. Движение якоря происходит под действием сил притяжения, возбуждаемых магнитным потоком, возникающим в обмотке электромагнита, закрытие отверстия в седле происходит после снятия напряжения с электромагнита, в результате чего действие сил притяжения прекращается и якорь под действием силы предварительно сжатой пружины 2 устремляется к седлу, перекрывая его.

К недостатку такого клапана следует отнести сложность конструкции 3-ступенчатого уплотнительного узла, две наружные ступени которого являются направляющими поверхностями с достаточно протяженной зоной контактирования (сопряжения) с внутренними стенками якоря.

Это затрудняет возможность самоустановки уплотнительного узла в процессе работы и, следовательно, обеспечение его полного прилегания к седлам электромагнитного клапана, что может привести к потере герметичности из-за раскрытия соединения уплотнительных поверхностей якоря и седел корпуса и стопа.

Необходимый уровень герметичности этого соединения в указанном техническом решении обеспечивается при условии изготовления деталей клапана с высокой степенью точности расположения уплотнительных поверхностей, что представляет определенные технологические трудности.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является клапан, корпус которого с седлом, входным и выходным патрубками соединен гайкой с электромагнитом, внутри которого в направляющей гильзе размещен подпружиненный якорь - запорный орган с возможностью ограниченного осевого перемещения и выполненный в виде цилиндрического стержня с кольцевым буртом и профильными пазами на наружной поверхности, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным входом через сопло стопа (см. A.C. SU №1196593 А, кл. F 16 K 31/02, 1970 г.).

Указанный для аналога недостаток частично устранен в конструкции известного клапана с втяжным якорем. В этой конструкции применены два независимых друг от друга подпружиненных клапана с обеспечением возможности каждого из них самоустанавливаться при наличии определенных кольцевых зазоров по направляющим поверхностям (на чертеже они отсутствуют).

Такая конструкция улучшает условия обеспечения герметичности по обоим соплам клапана, но имеет низкие динамические характеристики, в частности, значительное время открытия и закрытия клапана из-за большой массы подвижного цилиндрического якоря.

Техническими задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются повышение надежности клапана и, следовательно, надежности системы управления, в которой этот клапан используется, обеспечение стабильной герметичности, повышение технологичности изготовления и расширение функциональных возможностей клапана.

Поставленные задачи решаются следующим образом.

В клапане, корпус которого с входным соплом и каналами управления соединен гайкой с электромагнитом, внутри электромагнита, в направляющей гильзе, размещен подпружиненный якорь - запорный орган с возможностью ограниченного осевого перемещения и выполненный в виде цилиндрического стержня из магнитомягкого материала с кольцевым буртом и продольными пазами на наружной поверхности, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным входом через сопло стопа, согласно изобретению внутри якоря, соосно наружной поверхности, выполнена сквозная многоступенчатая цилиндрическая расточка, большая ступень которой расположена со стороны входного сопла, в расточку с оппозитным расположением встроены разделенные между собой разобщающей шайбой два управляющих устройства, с запирающими элементами типа клапан-седло, каждый из которых выполнен в виде аксиально подвижного запорного органа из упругого эластомерного материала, одним торцом опертого в торец внутренней расточки якоря с возможностью взаимодействия другим торцом - с поджатой пружиной относительно опорного торца разобщающей шайбы, при этом усилие сжатия пружины, обращенной в сторону входного сопла, больше усилия сжатия пружины со стороны сопла стопа на величину, достаточную для удержания закрытым нормально закрытого седла входного сопла при обесточенном электромагните и возможном присутствии действующих инерционных сил, причем между наружными цилиндрическими поверхностями запорных органов якоря и соответствующими внутренними поверхностями (стенками) расточки образованы гарантированные кольцевые зазоры, а полость внутренней расточки якоря радиальным каналом сообщена с его наружным продольным пазом и атмосферным входом в клапан.

Повышение надежности клапана и расширение его функциональных возможностей обеспечивается за счет:

- выполнения якоря полым с минимально допустимыми толщинами стенок, т.е. снижения массы якоря и, следовательно, повышения его быстродействия, что позволяет улучшить динамические характеристики электромагнита и клапана в целом и уменьшить износ контактирующих поверхностей якоря и упругих запорных элементов;

- расположения упругих запорных органов якоря с гарантированными кольцевыми зазорами, обеспечивающими самоустановку запорных органов в процессе работы, что обеспечивает стабильную герметичность соединения затвор-седло в процессе эксплуатации.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид клапана, разрез. Электромагнит 5 обесточен.

На фиг.2 показан выносной элемент А с фиг.1.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным соплом (седлом) 2, входным каналом управления 3 и выходным 4. Электромагнит 5 соединен с корпусом 1 гайкой 6. Внутри электромагнита 5, в направляющей гильзе 7, размещен подпружиненный пружиной 8 якорь 9 с кольцевым буртом 10 и продольными пазами 11 на наружной поверхности, соединяющими полость клапана 12 с атмосферным входом 13 через сопло 14 стопа 15. Внутри якоря 9 (фиг.2) выполнена сквозная многоступенчатая цилиндрическая расточка 16, большая ступень которой 17 расположена со стороны входного сопла 2. В расточку 16 оппозитно встроены два управляющих устройства 18, разделенные между собой разобщающей шайбой 19. Каждое управляющее устройство выполнено в виде аксиально подвижного, выполненного из упругого эластомерного материала, запорного органа 20 (21), опертого в торец 22 (23) внутренней расточки якоря 9 с возможностью взаимодействия другим торцом 24 (25) с поджатой пружиной 26 (27) относительно опорного торца шайбы 19. Между наружными поверхностями запорных органов 20 (21) и соответствующими внутренними поверхностями многоступенчатой расточки 16 образованы гарантированные кольцевые зазоры 28 (29), а полость расточки 16 якоря 9 радиальным каналом 30 сообщена с наружным продольным пазом 11.

Клапан работает следующим образом.

В исходном состоянии до подачи электрического сигнала на катушку электромагнита 5 якорь 9 усилием возвратной пружины 8 прижимается рабочим торцом упругого запорного органа 20 (фиг.2) к седлу 2 корпуса 1, перекрывая проход сжатого воздуха из входного канала управления 3 (фиг.1), при этом выходной канал управления 4 через сопло 14 стопа 15 и продольные пазы 11 якоря 9 соединяется с атмосферным входом - каналом 13.

При подаче электрического сигнала в катушку электромагнита 5 возникает магнитный поток, проходящий через гайку 6, являющуюся частью магнитопровода, и якорь 9. Под действием магнитных сил якорь 9, преодолевая усилие пружины 8, движется к стопу 15 и прижимается к нему, выбирая установленный между ними рабочий зазор, при этом рабочий торец запорного органа 20 якоря 9 отрывается от седла 2, открывая проход сжатого воздуха из канала входа 3 в полость управления 4. Одновременно запорный орган 21, расположенный на другом конце якоря 9, под действием усилия пружины 27 (фиг.2) и давления сжатого воздуха, самоустанавливаясь в заданных кольцевых зазорах 29, прижимается своей рабочей поверхностью к торцу седла 14 стопа 15, полностью перекрывая проход сжатого воздуха в атмосферу.

Таким образом, электромагнитный пневматический клапан, выполненный согласно изобретению, позволяет создать клапан с улучшенными динамическими характеристиками, с повышенной надежностью и технологичностью.

Электромагнитный пневматический клапан предназначен для использования в режимах дистанционного (электрического) управления потоками сжатого воздуха. Внутри якоря и соосно наружной поверхности выполнена сквозная многоступенчатая цилиндрическая расточка. Большая ступень последней расположена со стороны входного сопла. В расточку с оппозитным расположением встроены разделенные между собой разобщающей шайбой два управляющих устройства с запирающими элементами типа клапан-седло. Каждый из запирающих элементов выполнен в виде аксиально подвижного запорного органа из упругого эластомерного материала. Один торцом запорного органа оперт в торец внутренней расточки якоря с возможностью взаимодействия другим торцом с поджатой пружиной относительно опорного торца разобщающей шайбы. Обращенная в сторону входного сопла пружина имеет большее усилие сжатия по сравнению с усилием сжатия пружины со стороны сопла стопа. Полость внутренней расточки якоря радиальным каналом сообщена с его наружным продольным пазом и атмосферным входом в клапан. Обеспечивается повышение надежности и динамических характеристик электромагнитного пневматического клапана путем изменения конструкции якоря - запорного органа. 2 ил.

Электромагнитный пневматический клапан, корпус которого с входным соплом и каналами управления соединен гайкой с электромагнитом, внутри электромагнита, в направляющей гильзе, размещен подпружиненный якорь - запорный орган с возможностью ограниченного осевого перемещения и выполненный в виде цилиндрического стержня из магнитомягкого материала с кольцевым буртом и продольными пазами на наружной поверхности, соединяющими внутреннюю полость клапана с атмосферным входом через сопло стопа, отличающийся тем, что внутри якоря, соосно наружной поверхности, выполнена сквозная многоступенчатая цилиндрическая расточка, большая ступень которой расположена со стороны входного сопла, в расточку с опозитным расположением встроены разделенные между собой разобщающей шайбой два управляющих устройства с запирающими элементами типа “клапан-седло”, каждый из которых выполнен в виде аксиально подвижного запорного органа из упругого эластомерного материала, одним торцом опертого в торец внутренней расточки якоря, с возможностью взаимодействия другим торцом с поджатой пружиной относительно опорного торца разобщающей шайбы, при этом усилие сжатия пружины, обращенной в сторону входного сопла, больше усилия сжатия пружины со стороны сопла стопа на величину, достаточную для удержания закрытым нормально закрытого седла входного сопла при обесточенном электромагните и возможном присутствии действующих инерционных сил, причем между наружными цилиндрическими поверхностями запорных органов якоря и соответствующими внутренними поверхностями (стенками) расточки образованы гарантированные кольцевые зазоры, а полость внутренней расточки якоря радиальным каналом сообщена с его наружным продольным пазом и атмосферным входом в клапан.