ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН ПНЕВМОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ПРИВОДА ДВЕРЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 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 рис. 27, с.42 отраслевого каталога Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР “Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления”, М., 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. AC 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.

Другими общими недостатками известных технических решений, в том числе и рассмотренных выше конструкций клапанов-аналогов, является то, что они не обладают достаточной надежностью в течение длительного периода эксплуатации из-за низкой стойкости к внешним механическим нагрузкам, особенно при воздействии их в поперечном направлении, и значительных крутящих моментов, возникающих от инерционных сил. Это обусловлено недостаточно протяженной зоной сопряжения направляющей гильзы в расточке гайки, значительной массой электромагнита и сложностью конструкции, вызванной необходимостью герметизации стыка “направляющая гильза - стоп” путем установки уплотнительного устройства.

Под влиянием инерционных сил, вызывающих “раскачку” электромагнита, происходит раскрытие контактной зоны “направляющая гильза - гайка” и ее разгерметизация. В условиях ударных и вибрационных нагрузок, которые имеют место при эксплуатации автотранспортных средств, применение данных клапанов практически невозможно. Ограниченность применения известных конструкций клапанов вызвана также отсутствием в них средств защиты внутренних полостей клапана от атмосферных осадков, дорожной пыли и посторонних частиц, воздействие которых на клапан, как показали испытания и опытная эксплуатация, приводит к его отказу. В совокупности указанные недостатки снижают показатели надежности известных клапанов и ограничивают их функциональные возможности и применение.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности клапана и, следовательно, надежности систем управления, в которых это клапан используется, путем:

- обеспечения стабильной герметичности,

- повышения жесткости соединений “гайка - направляющая гильза” и "направляющая гильза - стоп”,

- защиты внутренних полостей клапана от попадания в них атмосферных осадков, пыли и посторонних частиц с обеспечением свободного выхода потока рабочей среды в атмосферу,

- расширения функциональных возможностей,

- повышения технологичности изготовления.

Поставленная задача решается следующим образом.

В электромагнитном клапане пневмораспределителя привода дверей транспортного средства, 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, сопрягаемая с корпусом гайка выполнена за одно целое с направляющей гильзой из антимагнитного материала и стопом из магнитомягкого материала с центральным отверстием и резьбовым участком, на резьбовой участок стопа навинчена двухступенчатая втулка, на торце большей ступени которой параллельно ее оси вращения по периферии образованы по меньшей мере два сквозных отверстия с общей площадью, выбранной из условия равенства или превышения расхода воздуха, поступающего из центрального отверстия стопа при работе клапана, а на наружной поверхности этой же ступени с натягом установлен упругодеформированный элемент в виде колпачка, на внутренней поверхности которого, обращенной ко втулке, выполнен кольцевой уступ с возможностью взаимодействия (зацепления) с заплечиком втулки, при этом на внутренней поверхности днища колпачка выполнен радиальный паз, ориентированный над центральным каналом стопа и образующий траекторию свободного прохождения выпускаемого потока воздуха из канала стопа (сопла) через сквозные отверстия большей ступени втулки без сопротивления в атмосферу, причем жесткое и герметичное соединение направляющей гильзы со стопом выполнено путем ее установки с осевым натягом и сплошной радиально-направленной во внутрь завальцовки стенки гильзы по меньшей мере в две кольцевые проточки (канавки) на наружной поверхности направляющей части стопа, причем стоп после пластической деформации гильзы не имеет осевых перемещений или вращения в любых направлениях, при этом гайка - направляющая гильза выполнена из антимагнитной высококачественной латуни, а колпачок - из полиэтилена или других соответствующих синтетических материалов и может изготавливаться с помощью рельефной формовки или литья.

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,

- выполнения за одно целое направляющей гильзы, гайки и стопа, чем обеспечивается более жесткая установка этих деталей и электромагнита в корпус, позволяющая применять клапан в условиях воздействия широкого спектра механических воздействующих факторов, например на автотранспортных или иных средствах передвижения,

- установки на двухступенчатую резьбовую втулку колпачка из упругодеформируемого материала, что обеспечивает защиту внутренних полостей клапана от попадания атмосферных осадков, пыли и посторонних частиц без повышения сопротивления свободному выходу потока рабочей среды в атмосферу.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг.1 представлен общий вид клапана, разрез; электромагнит 5 обесточен;

- на фиг.2 показан выносной элемент А на фиг.1;

- на фиг.3 показан общий вид клапана, разрез, при его использовании в составе электропневматического распределителя привода дверей транспортного средства; электрический сигнал управления отсутствует, исполнительный шток привода 39 находится в убранном положении, створки дверей автотранспортного средства закрыты.

Клапан (фиг.1) 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 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.

Сопрягаемая с корпусом 1 гайка 6 (фиг.1) выполнена за одно целое с направляющей гильзой 7 из антимагнитного материала и стопом 15 из магнитомягкого материала с центральным отверстием 13 и резьбовым участком 31. На резьбовой участок 31 навинчена двухступенчатая втулка 32, на торце большей ступени которой, параллельно оси вращения, по периферии образованы по меньшей мере два сквозных отверстия 33. На наружной поверхности большей ступени втулки 32 установлен колпачок 34, на внутренней поверхности которого выполнен кольцевой уступ 35 с возможностью зацепления с заплечиком 36 втулки 32. На внутренней поверхности днища колпачка 34 выполнен радиальный паз 37, ориентированный над центральным отверстием 13 стопа 15.

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 (фиг.1) через сопло 14 стопа 15 и продольные пазы 11 якоря 9 соединяется через канал 13 стопа 15, радиальный паз 37 колпачка 34 и отверстия 33 втулки 32 с атмосферой. Колпачок 34, неподвижно закрепленный на втулке 32 с помощью внутреннего кольцевого уступа 35, предохраняет внутренние полости клапана от прямого попадания влаги, пыли и посторонних частиц, сохраняя при этом возможность свободного прохождения (без дросселирования) воздуха в атмосферу. Учитывая специфику работы клапана в составе пневматического распределителя, состоящую в незначительном объеме пропускаемого воздуха, составляющем лишь объем, вытесняемый золотником за рабочий ход (см. фиг.3), обеспечивается надежная защита внутренних полостей клапана в течение всего ресурса привода.

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 входного канала 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 (фиг.1), полностью перекрывая проход сжатого воздуха в атмосферу.

Таким образом, электромагнитный клапан, выполненный согласно изобретению, расширяет функциональные возможности такого клапана, позволяет обеспечить его повышенную надежность, технологичность и конкурентоспособность, что подтверждается проведенными стендовыми и эксплуатационными испытаниями.

Изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для использования в режимах дистанционного (электрического) управления потоками сжатого воздуха. 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 самоустанавливающегося 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 сопрягаемая с корпусом гайка выполнена за одно целое с направляющей гильзой из антимагнитного материала и стопом из магнитомягкого материала с центральным отверстием и резьбовым участком, на резьбовой участок навинчена двухступенчатая втулка, на наружный диаметр которой неподвижно установлен упругодеформированный защитный колпачок с каналами прохождения выпускаемого потока рабочей среды. Технический результат заключается в повышении надежности и динамических характеристик клапана путем изменения конструкции якоря - запорного органа электромагнита, повышении жесткости его установки и защиты внутренних полостей клапана от внешних воздействий атмосферных осадков и пыли. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитный клапан пневмораспределителя привода дверей транспортного средства, 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 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 расточки образованы гарантированные кольцевые зазоры, а полость внутренней расточки якоря радиальным каналом сообщена с его наружным продольным пазом и атмосферным входом в клапан.2. Электромагнитный клапан пневмораспределителя привода дверей транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что сопрягаемая с корпусом гайка выполнена за одно целое с направляющей гильзой из антимагнитного материала и стопом из магнитомягкого материала с центральным отверстием и резьбовым участком, на резьбовой участок стопа навинчена двухступенчатая втулка, на торце большей ступени которой параллельно ее оси вращения по периферии образованы по меньшей мере два сквозных отверстия с общей площадью, выбранной из условия равенства или превышения расхода воздуха, поступающего из центрального отверстия стопа при работе клапана, а на наружной поверхности этой же ступени с натягом установлен упругодеформированный элемент в виде колпачка, на внутренней поверхности которого, обращенной ко втулке, выполнен кольцевой уступ с возможностью взаимодействия с заплечиком втулки, при этом на внутренней поверхности днища колпачка выполнен радиальный паз, ориентированный над центральным каналом стопа и образующий траекторию свободного прохождения выпускаемого потока воздуха из канала стопа через сквозные отверстия большей ступени втулки без сопротивления в атмосферу, причем жесткое и герметичное соединение направляющей гильзы со стопом выполнено путем ее установки с осевым натягом и сплошной радиально-направленной во внутрь завальцовки стенки гильзы по меньшей мере в две кольцевые проточки или канавки на наружной поверхности направляющей части стопа, причем стоп после пластической деформации гильзы не имеет осевых перемещений или вращения в любых направлениях.3. Электромагнитный клапан пневмораспределителя привода дверей транспортного средства по п.2, отличающийся тем, что гайка-направляющая гильза выполнена из антимагнитной высококачественной латуни, а колпачок - из полиэтилена или других соответствующих синтетических материалов и может изготавливаться с помощью рельефной формовки или литья.