БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ Российский патент 2006 года по МПК F15B13/42 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к блокам управления гидравлических систем с сервомеханизмами.

Известен блок управления гидравлических систем фирмы Mannesmann Rexroth (RE 64555/10.94, дата публикации 03.94 г.), содержащий корпус с напорным, рабочими и сливным каналами, сливной и напорной полостями, сообщающиеся со сливным и напорным каналами соответственно, подпружиненными цилиндрическими золотниками, размещенными в корпусе в цилиндрических расточках и сообщенных с рабочими каналами.

Наиболее близким к предлагаемому является блок управления гидравлических систем, содержащий литой корпус с выполненными внутри него методом точного литья полыми элементами конструкции: напорный, рабочие и сливные каналы, кольцевые полости сливную и напорную, сообщающиеся со сливным и напорным каналами соответственно, сквозные цилиндрические отверстия для размещения в них. Кольцевые полости выполнены в верхней части - полость низкого давления - сливная полость, в нижней части - полость высокого давления - напорная полость. В корпусе размещены преобразователи давления, которых может быть несколько, для чего в корпусе по числу преобразователей давления выполнены сквозные цилиндрические отверстия, являющиеся направляющими при его перемещении. Преобразователи давления содержат цилиндрический золотник с подпружиненным штоком. Шток золотника перемещается в полости, соосной со сквозным цилиндрическим отверстием. В золотнике выполнено глухое осевое отверстие, которое с глухой стороны пересекает сквозное радиальное отверстие. В нейтральном положении золотник перекрывает полость высокого давления и сообщает рабочий канал (канал регулируемой подачи рабочей среды) со сливным каналом. При сжатии пружины штока под действием толкателя золотник опускается, перекрывает сливную полость, а его поперечные отверстия совмещаются с полостью высокого давления и рабочая жидкость поступает в рабочий канал. При снятии усилия с пружины золотник переходит в верхнее положение, при котором поперечными отверстиями сообщается со сливной полостью. Часть жидкости из рабочего канала сливается, что приводит к понижению давления в рабочем канале.

Блок управления содержит рукоятку управления, смонтированную с возможностью взаимодействия с толкателем, который взаимодействует со штоком золотника (патент US 418512, опубл.22.01.1980 г.).

Недостаток известных блоков управления состоит в сложности изготовления, а следовательно, является нетехнологичным в изготовлении. Это объясняется следующим. Поскольку корпус и полые элементы конструкции корпуса: сливные полости, цилиндрические отверстия для золотников и штоков, сливные каналы внутри корпуса, выполнены методом литья, границы внутренних полостей имеют нечеткие сглаженные формы. Однако для того, чтобы точно выполнить условие, при котором в нейтральном положении золотник перекрывает полость высокого давления и сообщает рабочий канал (канал регулируемой подачи рабочей среды) со сливным каналом, необходимо обеспечить точное расстояние между напорной и сливной полостями при пересечении ими сквозных цилиндрических отверстий для размещения золотников. С этой целью после отливки изделия в каждом цилиндрическом отверстии для размещения золотника формируют перемычку между кольцевыми полостями, для чего фиксируют ее нижнюю границу, а именно в верхней плоскости пересечения напорной полостью цилиндрического отверстия для золотника растачивают поясок, тем самым обозначая границу перемычки между напорной и сливной полостями. Для обеспечения работоспособности золотника перемычка должна быть равна или несколько превышает диаметр радиального отверстия в золотнике. Процесс выполнения перемычки путем растачивания поясков в каждом цилиндрическом отверстии для установки золотников является трудоемким. При этом, поскольку внутренние функциональные полости корпуса визуально недоступны, это затрудняет контроль результатов выполняемой операции.

Кроме того, поскольку внутренние функциональные полости корпуса выполняются методом литья и визуально недоступны, это усложняет контроль за их будущей конфигурацией и расположением внутри корпуса, а достигаемая точность отливки зависит не только от точного соблюдения всех этапов технологического процесса литья, а также от субъективных факторов, в частности от опыта исполнителей. Погрешности литья практически не устранимы. Все это усложняет конструкцию, снижает технологичность изготовления.

Кроме того, литая конструкция не позволяет использовать имеющийся корпус при необходимости увеличения числа рабочих каналов (увеличения числа сквозных цилиндрических отверстий для размещения золотников), так как в этом случае требуется новая форма для отливки корпуса со всеми функциональными полостями. Это снижает технологичность изготовления, не позволяет унифицировать конструкцию.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска блоки управления гидравлических систем, аналог и прототип предлагаемого, при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и повышении технологичности, в возможности унификации.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания блока управления гидравлических систем, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и повышении технологичности, в возможности унификации.

Сущность изобретения заключается в том, что в блоке управления гидравлических систем, содержащем корпус с напорным, рабочими и сливным каналами, кольцевые полости сливную и напорную, сообщающиеся со сливным и напорным каналами соответственно, в корпусе выполнены по числу рабочих каналов сквозные цилиндрические отверстия, соосные с рабочими каналами и сообщающиеся с ними, в каждом из которых подвижно размещен цилиндрический золотник со штоком, рабочая полость штока сообщена со сливной полостью, при этом золотник выполнен с возможностью сообщения рабочего канала с напорной или сливной полостями, при этом устройство содержит орган управления, смонтированный с возможностью взаимодействия со штоком золотника, при этом корпус снабжен обоймой с уплотнительными элементами, которая охватывает корпус по периметру, а кольцевые полости сливная и напорная выполнены в форме кольцевых расточек в обойме или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах, охватывающих корпус снаружи по периметру, кроме того, в корпусе выполнены сквозные радиальные цилиндрические отверстия, которые соответственно пересекают сквозные цилиндрические отверстия для размещения золотников и кольцевые расточки сливной и напорной полостей, с образованием в сквозных цилиндрических отверстиях для размещения золотников цилиндрических перемычек с высотой, при которой в нейтральном положении золотник перекрывает напорную полость, а рабочий канал сообщен со сливным каналом. Кроме того, напорная и сливная полости постоянно сообщены соответственно с напорным и сливным каналами через выполненные в корпусе соответствующие радиальное и пересекающее его глухое цилиндрические отверстия, открытый конец которых сообщен соответственно с напорным и сливным каналами. При этом золотник содержит две опорные цилиндрические шейки, соединенные цилиндрической перемычкой, в которой выполнено сквозное радиальное отверстие и пересекающее его глухое осевое отверстие, открытый конец которого сообщен с рабочим каналом.

Технический результат заключается в следующем. Наличие в блоке управления гидравлических систем корпуса с напорным, рабочими и сливным каналами, полостей напорной и сливной, сообщающихся с напорным и сливным каналами соответственно через выполненные в корпусе параллельно его оси соответствующие глухие отверстия и пересекающие их радиальные отверстия, при этом открытый конец глухих отверстий сообщен соответственно с напорным и сливным каналами, в совокупности образуют основу гидрораспределительного устройства.

Выполнение в форме кольцевых расточек кольцевых полостей сливной и напорной в обойме, или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах, охватывающих корпус снаружи по периметру, а также выполнение в корпусе сквозных радиальных цилиндрических отверстий, которые соответственно пересекают сквозные цилиндрические отверстия для размещения золотников и кольцевые расточки сливной и напорной полостей, обеспечивает возможность доступа к напорной и сливной полостям и сообщения с ними всех рабочих каналов через золотники и полости для размещения штоков.

Возможность преобразования давления в рабочих каналах при перемещении золотника обеспечивается выполнением в корпусе по числу рабочих каналов сквозных цилиндрических отверстий, соосных с рабочими каналами и сообщающихся с ними, в каждом из которых подвижно размещен цилиндрический золотник со штоком, рабочая полость штока сообщена со сливной полостью, а золотник выполнен с возможностью сообщения рабочего канала с напорной или сливной полостями, для чего в корпусе выполнены сквозные радиальные цилиндрические отверстия, которые пересекают цилиндрические отверстия для золотников и кольцевые расточки напорной и сливной полостей соответственно. При этом золотник содержит две опорные цилиндрические шейки, соединенные цилиндрической перемычкой, в которой выполнено сквозное радиальное отверстие и пересекающее его глухое осевое отверстие, открытый конец которого сообщен с рабочим каналом. В результате обеспечивается возможность регулируемого сообщения рабочих каналов с кольцевыми напорной и сливной полостями через золотники и рабочие полости штоков, обеспечивается возможность регулируемой подачи рабочей среды в рабочий канал.

Выполнения в корпусе сквозных радиальных цилиндрических отверстий, пересекающих цилиндрические отверстия для золотников, обеспечивает возможность выполнения основных рабочих полостей в форме неглубоких кольцевых расточек. В свою очередь, это обеспечивает возможность выполнения кольцевых полостей сливной и напорной или в обойме, или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах. Все это упрощает изготовление устройства в целом, а следовательно, повышает технологичность конструкции.

Введение в блок управления обоймы с уплотняющими элементами, которая охватывает корпус снаружи по периметру, а также выполнение кольцевых полостей сливной и напорной или в обойме, или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах в форме кольцевых расточек, охватывающих корпус снаружи по периметру, обеспечивает возможность создания в корпусе замкнутых кольцевых объемов кольцевой напорной и кольцевой сливной полостей.

При этом упрощается выполнение и одновременно повышается точность размещения одного из основных элементов конструкции, обеспечивающего работоспособность золотников, размещенных в корпусе в сквозных цилиндрических расточках, а именно упрощается выполнение в корпусе перемычки между сливной и напорной полостями. В предлагаемом техническом решении это обусловлено тем, что сливная и напорная полости выполнены в обойме, или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах, охватывающих корпус снаружи по периметру, в форме кольцевых расточек, а отверстия для размещения золотников со штоком выполнены цилиндрическими. При этом кольцевые полости и цилиндрические отверстия сообщены между собой выполненными в корпусе пересекающими их сквозными радиальными цилиндрическими отверстиями, а результатом этого пересечения является образование цилиндрических перемычек в сквозных цилиндрических отверстиях для размещения золотников.

Кроме того, предлагаемое решение позволяет заранее учесть конструктивные особенности золотника. Это объясняется тем, что кольцевые полости и цилиндрические отверстия сообщены между собой выполненными в корпусе пересекающими их сквозными радиальными цилиндрическими отверстиями, и результатом этого пересечения является образование цилиндрических перемычек в сквозных цилиндрических отверстиях для размещения золотников с высотой, при которой в нейтральном положении золотник перекрывает напорную полость, а рабочий канал сообщен со сливным каналом. При этом выполнение этого условия обеспечивается расстоянием между выполненными в корпусе сквозными радиальными цилиндрическими отверстиями, которые соответственно пересекают сквозные цилиндрические отверстия для размещения золотников и кольцевые расточки сливной и напорной полостей. Поскольку радиальные цилиндрические отверстия выполняют наружным сверлением, то обеспечивается возможность визуального контроля при выполнении перемычки несмотря на то, что ее формируют внутри цилиндрического отверстия для золотника. Это упрощает как конструкцию, так и изготовление блока управления и повышает технологичность его изготовления. Возможность варьирования высотой перемычек (расстоянием между сливной и напорной полостями) в зависимости от конструкции золотника позволяет использовать один и тот же корпус, что придает заявленному устройству свойство унификации. Выполнение напорной и сливной полостей в форме кольцевых расточек, а также выполнение отверстий для размещения золотников цилиндрическими и сообщение их с напорной и сливными полостями посредством сверления в корпусе радиальных отверстий с образованием перемычек также обеспечивает возможность использования одного и того же корпуса при необходимости увеличении числа рабочих каналов, что обеспечивает возможность унификации устройства.

Выполнение кольцевых полостей сливной и напорной или в обойме, или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах в форме кольцевых расточек, охватывающих корпус снаружи по периметру, упрощает конструкцию, так как основные рабочие полости выполняют наружно токарной обработкой или сверлением, полости визуально доступны при выполнении и их размеры контролируются.

При этом выполнение внутри корпуса вспомогательных функциональных полостей, обеспечивающих работу устройства, в форме цилиндрических глухих осевых отверстий, радиальных, пересекающихся цилиндрических отверстий упрощает как конструкцию блока управления, так и его изготовление. Это повышает технологичность изготовления устройства, поскольку вспомогательные функциональные полости могут быть выполнены обычным сверлением и операция сверления визуально доступна для контроля.

Таким образом, благодаря тому, что в предлагаемой конструкции блока управления все внутренние функциональные полости конструктивно просты, а именно цилиндрические и радиальные отверстия, кольцевые расточки, и, кроме того, визуально доступны при их выполнении и контроле. Это конструктивно упрощает блок управления и обуславливает простоту его выполнения. Кроме того, предлагаемая форма функциональных полостей позволяет использовать для их выполнения простые и доступные способы: токарную обработку и сверление, что упрощает его изготовление и повышает технологичность устройства.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый блок управления гидравлических систем при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, в повышении технологичности, в возможности унификации блока управления.

На фиг.1 изображен блок управления гидравлических систем: сечение, проходящее через оси цилиндрических отверстий, в которых установлены золотники; на фиг.2 - осевое сечение блока управления гидравлических систем, иллюстрирующее схему подключения напорной и сливной полостей соответственно к напорному и сливному каналам; на фиг.3 - осевое сечение блока управления гидравлических систем, иллюстрирующее схему подключения напорной и сливной полостей соответственно к напорному и сливному каналам: разрез по А-А; на фиг.4 - осевое сечение блока управления гидравлических систем, иллюстрирующее схему подключения напорной и сливной полостей соответственно к напорному и сливному каналам, разрез по В-В.

Блок управления гидравлических систем содержит корпус 1, золтники 2 со штоками 3. На корпус 1 установлена обойма 4 с уплотнительными элементами 5. В корпусе выполнены по числу рабочих каналов сквозные цилиндрические отверстия 6, в каждом из которых подвижно размещен цилиндрический золотник 2 с подпружиненным штоком 3. В корпусе выполнены сквозные радиальные цилиндрические отверстия 7 и 8, которые пересекают цилиндрические отверстия 6 для золотников 2. Отверстие 6 расположено между полостью штока 9 в корпусе 1 и выполненным в крышке 10 корпуса 1 рабочим каналом 11 для регулируемой подачи жидкости под давлением к потребителю, частности к исполнительному гидрораспределителю гидравлической системы, оборудованной гидроцилиндрами.

В приведенном примере выполнения блока управления золотники 2, размещенные в отверстии 6, содержат две опорные цилиндрические шейки 12 и 13, соединенные цилиндрической перемычкой 14. В золотнике 2 выполнено сквозное радиальное отверстие 15 и пересекающее его глухое осевое отверстие 16, выполненное внутри золотника 2, открытый конец которого сообщен с рабочим каналом 11.

Обойма 4 с уплотнительными элементами 5 плотно охватывает корпус 1 по периметру. В корпусе 1 выполнены в форме кольцевых расточек кольцевые полости: напорная 17 и сливная 18, охватывающих корпус 1 снаружи по периметру (могут быть выполнены в обойме 4, или в корпусе 1, или в обоих конструктивных узлах). Напорная полость 17 постоянно сообщена с напорным каналом 19 (источником давления) через выполненные в корпусе 1 радиальное 20 и пересекающее его перпендикулярно глухое осевое цилиндрическое отверстие 21.

Кольцевая сливная полость 18 постоянно сообщена со сливным каналом 22 через выполненные в корпусе 1 соответствующие радиальное 23 и пересекающее его перпендикулярно глухое цилиндрическое отверстие 24. Открытые концы глухих отверстий 21 и 24 сообщены соответственно с напорным и сливным каналами.

Рабочая полость штока сообщена со сливным каналом 22 через кольцевую полость 18 и отверстия 23, 24 и канал 25, выполненный в крышке 10.

Сквозные радиальные цилиндрические отверстия 7 и 8 пересекают цилиндрические отверстия 6 для золотников 2 и полости 17, 18 с образованием в отверстиях 6 цилиндрических перемычек 26 с высотой, при которой в нейтральном положении золотник 2 перекрывает напорную полость 17, а рабочий канал 11 сообщен со сливным каналом 22. Сквозные радиальные цилиндрические отверстия 7 и 8 сообщаются соответственно с напорной 17 и сливной 18 полостями соответственно через отверстия 20 и 23.

Устройство содержит орган управления, смонтированный с возможностью взаимодействия со штоком 3 золотника 2. В приведенном примере выполнения блока управления выполнен аналогично описанному в патенте РФ №2187719, F 15 В 13/042, опубл.20.08.2002 г. Орган управления содержит ползун 27 с шайбой 28, охватывающей с зазором шток 3 в промежутке между его головкой 29 и опорной шейкой 30 золотника 2. В ползуне выполнена полость 31, внутри которой расположена головка 29 штока 3, имеющая возможность ограниченного осевого перемещения относительно ползуна 27. Шток 3 золотника 2 подпружинен относительно ползуна 27 пружиной 32. Ползун 27 подпружинен относительно корпуса 1 возвратной пружиной 33, опирающейся на торец 34 полости 9.

Устройство работает следующим образом. Блок управления предназначен для создания вторичного давления, приводящего в действие золотники гидрораспределителя. В нейтральном положении золотника 2 высота перемычки 26 обеспечивает выполнение условия, при котором золотник 2 перекрывает напорную полость 17, а рабочий канал 11 (канал регулируемой подачи жидкости) сообщен со сливным каналом 22 через осевое отверстие 6, отверстия в золотнике 16, 15, отверстие 8, кольцевую полость 18, отверстия 23, 24, 25.

В предлагаемом примере выполнения высоту перемычки 26 выполняют равной перемычке 14, выполненной в золотнике или превышающей его не более чем на 0,3 мм.

Для подачи жидкости под давлением к потребителю перемещают ползун 27 в сторону торца 34 полости 9 штока 3. Вместе с ползуном перемещается вниз под действием пружины золотник 2, который, опускаясь, закрывает щель между шейкой 12 золотника 2 и радиальным отверстием 8 в корпусе 1 и открывает проход для жидкости под давлением из кольцевой полости 17 через радиальное отверстие 20, через кольцевую полость, примыкающую к перемычке 14 золотника 2, отверстия в золотнике 2 радиальное 15, осевое 16 в рабочий канал 11. Происходит рост давления жидкости в канале 11, которое, действуя на торец золотника 2, обращенный в сторону канала 11, смещает золотник 2 вверх, сжимая пружину 32. Поднимаясь, золотник 2 разобщает кольцевую полость 17 (напорную полость) и радиальное отверстие 8 в золотнике 2, закрывая, при этом, проход жидкости из кольцевой полости 17 к каналу 11. Если необходимо увеличить давление жидкости в канале 11, то ползун 27 перемещают дальше вниз, дополнительно сжимая пружину 31. Под действием пружины золотник 2 опять смещается вниз, приоткрывая проход для жидкости под давлением из кольцевой полости 17 через отверстие 8, в золотнике через радиальной отверстие 15 и осевое 16 в канал 12. Давление в канале 11 возрастет, в результате чего увеличивается осевое усилие на золотнике 2 со стороны канала 11. Когда оно достигает определенной величины, зависящей от силы сжатия пружины 32, золотник 2, смещаясь вверх, опять перекрывает шейкой 13 напорное отверстие 8 в корпусе 1.

Если необходимо снизить давление жидкости в канале 11, то нужно позволить ползуну 27 переместиться вверх под действием его возвратной пружины 33. В этом случае уменьшается сила, действующая на золотник 2 со стороны пружины 32, и золотник под действием давления жидкости в канале 11 смещается вверх, приоткрывая проходную щель для жидкости из канала 11 через отверстия 6, 16, 7 в кольцевую полость 17. Происходит слив избытка жидкости из канала 11 и давление в нем понижается до тех пор, пока не уравняются осевые силы на золотнике 2, действующие на него со стороны пружины 32 и от давления жидкости на торец золотника со стороны канала 11, после чего золотник 2 вновь перекрывает упомянутую проходную щель.

Если необходимо снять давление в канале 11, то отпускают ползун 27, который под действием пружины 33 возвращается в исходное положение. Возвращаясь, ползун тянет за собой шток 3 за головку 28 и устанавливает золотник 2 в верхнем положении, при этом максимально открывается проходная щель между шейкой золотника 12 и радиальным отверстием 8 в корпусе 1. Происходит быстрый сброс излишка жидкости из канала 11 через отверстия 16, 15, 8, кольцевую полость 18, отверстия 22, 24, 25 в сливную полость 22. Это обеспечивает быструю своевременную остановку исполнительных механизмов, подключенных к блоку управления, и возвращение их на исходную позицию.

Блок предназначен для управления гидравлическими системами с сервомеханизмами. В корпусе блока управления (или в обойме, или в обоих конструктивных узлах) выполнены в форме кольцевых расточек, охватывающих корпус снаружи по периметру, две кольцевые полости - напорная и сливная. В корпусе в сквозных цилиндрических отверстиях размещены золотники со штоками. Цилиндрические отверстия для золотников и кольцевые расточки пересекаются сквозными радиальными цилиндрическими отверстиями. При пересечении в отверстиях образуются цилиндрические перемычки с высотой, при которой в нейтральном положении золотник перекрывает напорную полость, а рабочий канал сообщен со сливным каналом. Технический результат: упрощение конструкции и повышение технологичности, возможность унификации. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Блок управления гидравлических систем, содержащий корпус с напорным, рабочими и сливным каналами, кольцевые полости - сливную и напорную, сообщающиеся со сливным и напорным каналами соответственно, в корпусе выполнены по числу рабочих каналов сквозные цилиндрические отверстия, соосные с рабочими каналами и сообщающиеся с ними, в каждом из которых подвижно размещен цилиндрический золотник со штоком, рабочая полость штока сообщена со сливной полостью, при этом золотник выполнен с возможностью сообщения рабочего канала с напорной или сливной полостями, при этом устройство содержит орган управления, смонтированный с возможностью взаимодействия со штоком золотника, отличающийся тем, что корпус снабжен обоймой с уплотнительными элементами, которая охватывает корпус по периметру, а кольцевые полости - сливная и напорная - выполнены в форме кольцевых расточек в обойме, или в корпусе, или в обоих конструктивных узлах, охватывающих корпус снаружи по периметру, кроме того, в корпусе выполнены сквозные радиальные цилиндрические отверстия, которые соответственно пересекают сквозные цилиндрические отверстия для размещения золотников и кольцевые расточки сливной и напорной полостей, с образованием в сквозных цилиндрических отверстиях для размещения золотников цилиндрических перемычек с высотой, при которой в нейтральном положении золотник перекрывает напорную полость, а рабочий канал сообщен со сливным каналом.2. Блок управления по п.1, отличающийся тем, что при этом напорная и сливная полости постоянно сообщены соответственно с напорным и сливным каналами через выполненные в корпусе соответствующие радиальное и пересекающее его глухое цилиндрические отверстия, открытый конец которых сообщен соответственно с напорным и сливным каналами.3. Блок управления по п.1, отличающийся тем, что золотник содержит две опорные цилиндрические шейки, соединенные цилиндрической перемычкой, в которой выполнено сквозное радиальное отверстие и пересекающее его глухое осевое отверстие, открытый конец которого сообщен с рабочим каналом.