ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-ПОДПИТОЧНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КЛАПАН МОДУЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ДЛЯ ВСТРОЕННОГО МОНТАЖА И ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК F16K17/10 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и промышленного арматуростроения, в частности к объемным гидроприводам гидравлических систем строительных и дорожных машин, и предназначено для предохранения этих систем от перегрузок высоким давлением.

Известен подпиточно-предохранительный клапан (клапан) для силовых гидроприводов, содержащий основной клапан, управляющий клапан, дроссель и винтовую пару. Основной клапан поджат пружиной к рабочей кромке в корпусе. Управляющий клапан поджат силовой пружиной, а радиально расположенное дроссельное отверстие, выполненное в основном клапане, соединяет надклапанную полость основного клапана с надклапанной полостью вспомогательного клапана (см. патент RU 2145023 C1 F16K 17/10, опубликованный 27.01.2000 г.).

Достоинством известного клапана является то, что он отличается простотой конструкции и компактностью исполнения, достигнутыми в основном вследствие размещения деталей клапана непосредственно в ступенчатой цилиндрической расточке корпуса силового гидропривода.

Для обеспечения работоспособности указанного клапана сопрягаемые между собой поверхности расточки корпуса и основного клапана по большей его ступени должны быть уплотнены. Отсутствие уплотнительного элемента в известной конструкции предполагает комплектование этих деталей по указанным выше поверхностям с очень малыми зазорами. Учитывая, что при этом еще должно быть достигнуто плотное прилегание клапана к седлу корпуса, выполнение упомянутых требований связано с необходимостью изготовления указанных деталей с высокой точностью.

С другой стороны, высокая точность изготовления сопрягаемой пары во многом обуславливает и большую вероятность «заклинивания» или «затяжеления» перемещения основного клапана в процессе работы, например в случае возможного загрязнения рабочей жидкости, что может привести к отказу клапана, чем существенно снижается его надежность. Недостатками известного клапана являются также низкая чувствительность и недостаточное быстродействие, вызванные значительной величиной дифференциальной рабочей площади основного клапана, приводящей к большой разнице между давлениями открытия и закрытия клапана, значительной величине гистерезиса и соответственно к перегрузкам систем гидропитания и непроизводительным перетокам рабочей среды.

Кроме этого, в известном клапане не исключена возможность возникновения автоколебаний основного клапана, особенно в клапанах с большими расходами, в связи с тем, что вход потока рабочей жидкости под давлением в полость корпуса осуществляется через боковое отверстие, а выход - через центральное отверстие ступенчатой расточки корпуса. В этом случае возникают значительные радиальные составляющие активных сил потока, действующих на основной запорный орган, и происходят скачкообразные изменения расхода проводимой среды, вследствие чего эксплуатационные характеристики клапана, его надежность и долговечность существенно снижаются.

Другим недостатком клапана является неудобство технического обслуживания и регулирования параметров вспомогательного запорного клапана из-за необходимости съема крышки клапана и вынужденной разгерметизации его внутренних полостей.

Из числа известных аналогов заявляемого технического решения ближайшим аналогом (прототипом) может служить предохранительный клапан со встроенным подпиточным клапаном (см. патент RU 2011915 C1 5 F16K 17/10, опубликованный 30.04.1994 г., бюл. №8). Известный предохранительный клапан содержит максимальное количество сходных с заявляемым клапаном конструктивных признаков, а именно: оба клапана содержат корпус с полостями подвода и слива, основной, вспомогательный и подпиточный запорные органы, внутреннюю камеру, образованную внешним контуром уплотняющей части основного запорного органа и внутренней поверхностью расточки корпуса-втулки, радиальные отверстия для сообщения этой камеры с надклапанной полостью слива, при этом основной запорный орган снабжен цилиндрической направляющей частью и осевым центральным отверстием, а вспомогательный запорный орган сформирован в виде самостоятельного модуля с внутренней камерой для отвода рабочей среды и размещения установочного механизма бесступенчатого регулирования, запорный орган модуля снабжен конической уплотняющей поверхностью и опорным торцом, воспринимающим силовую нагрузку цилиндрической пружины сжатия, упертой противоположным концом в опорный торец регулирующего элемента установочного механизма.

Однако в целом этот клапан отличается конструктивной сложностью и нетехнологичностью из-за необходимости обеспечения не только точности изготовления, а и строгой соосности взаимодействующих между собой деталей, установленных в многоступенчатой расточке корпуса с резьбовым участком. Сложность конструкции во многом определяется встроенной в проточной части втулки с основным седлом узла подпиточного клапана со своими элементами крепления и установочной пружиной сжатия.

К недостатку указанного клапана следует отнести и то, что его корпус снабжен установочной поверхностью. Использование таких клапанов в гидроприводах требует обеспечения высокой точности и небольшой шероховатости при обработке стыковочной поверхности корпуса гидропривода, а также существенно увеличивает массу и габариты последнего. Кроме этого, отсутствие во вспомогательном запорном органе направляющей части, как показывает практика, вызывает широкий разброс характеристик клапана по герметичности и недопустимый неравномерный износ уплотняющей кромки в направляющей втулке.

Другими недостатками известного клапана являются низкая чувствительность и недостаточное быстродействие, вызванные наличием дроссельного отверстия в основном запорном органе и незначительным расходом жидкости через него. При этом следует отметить, что чувствительность и быстродействие клапана во многом определяются правильным выбором диаметра дроссельного отверстия, выполненного в основном запорном органе. Этот выбор производится с учетом того, что при уменьшении этого диаметра ускоряется время открытия основного запорного органа. Но в интересах повышения быстродействия закрытия основного запорного органа диаметр дроссельного отверстия желательно увеличивать.

Для поддержания работоспособности известного клапана сопрягаемые между собой поверхности корпуса-втулки и основного запорного органа должны быть уплотнены из-за необходимости обеспечения герметичности управляющей камеры высокого давления, размещенной внутри основного запорного органа. Отсутствие уплотнительных элементов на указанных поверхностях в известном клапане предполагает комплектование запорного элемента с очень малыми зазорами. Учитывая, что при этом должно быть одновременно достигнуто плотное прилегание его уплотнительной части к своему седлу, выполнение указанных требований связано с необходимостью изготовления сопрягаемых деталей с высокой точностью. Таким образом, в конструкции известного клапана имеют место недостатки, присущие рассмотренной выше конструкции клапана-аналога.

В конструкции клапана-прототипа предусмотрена общая, совмещенная полость слива, в которой во время работы соединяются две траектории потоков слива основного и вспомогательного запорных органов. Кинетическая энергия потока слива, возникающая в процессе открытия основного запорного органа, в значительной степени подавляет скорость истечения рабочей среды из внутренней камеры вспомогательного запорного органа при прохождении ее через образованный кольцевой зазор между корпусом и втулкой, а значительная рабочая длина истечения в кольцевой щели дополнительно увеличивает гидравлические потери на этом участке. Снижение скорости истечения жидкости из внутренней камеры вспомогательного запорного органа приводит к уменьшению величины открытия основного запорного органа и соответственно к снижению расходных характеристик клапана.

В совокупности указанные недостатки известного предохранительного клапана ограничивают его применение в гидроприводах строительно-дорожной техники, в частности в гидромоторах большой мощности.

В связи с особенностями работы клапана к его конструкции наряду с традиционными предъявляются ряд дополнительных специальных требований, например, по компактности исполнения, габаритно-массовому совершенству, удобству монтажа и демонтажа, технического обслуживания и безопасности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание такой конструкции предохранительно-подпиточного клапана (клапана), которая сочетает возможности и достоинства известных клапанов, но имеет при этом более надежную и технологичную конструкцию клапана с одновременным достижением других технико-экономических показателей:

- легкое встраивание клапана в корпус гидропривода,

- обеспечение автономной отработки параметров вспомогательного (управляющего) запорного органа,

- обеспечение возможности выполнения основным запорным органом дополнительной функции подпиточного клапана,

- обеспечение более жесткой ориентации вспомогательного запорного органа (в размещенной камере) с целью улучшения и стабилизации параметров по герметичности,

- повышение чувствительности и быстродействия предохранительного клапана, снижение гистерезисных явлений на переходных режимах и исключение нежелательной зависимости указанных параметров от выбранного значения дроссельного отверстия в основном запорном органе,

- повышение надежности работы уплотнительного устройства поршневой части клапана при применении в условиях воздействия высоких температур и давлений рабочей среды,

- повышение КПД клапана путем улучшения его параметров по расходным характеристикам и снижение потерь давления рабочей среды.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом предохранительно-подпиточном гидравлическом клапане модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений (предохранительно-подпиточный клапан), содержащем корпус с полостями подвода и слива, основной, вспомогательный и подпиточный запорные органы, внутреннюю камеру управления подпиточным запорным органом, образованную в расточке корпуса-втулки, радиальные отверстия для сообщения этой камеры с надклапанной полостью слива, при этом основной запорный орган снабжен цилиндрической направляющей частью и осевым центральным отверстием, а вспомогательный запорный орган сформирован в виде самостоятельного модуля с внутренней камерой для отвода рабочей среды и размещения установочного механизма бесступенчатого регулирования, запорный орган модуля снабжен конической уплотняющей поверхностью и опорным торцом, воспринимающим силовую нагрузку цилиндрической пружины сжатия, упертой противоположным концом в опорный торец регулирующего элемента установочного механизма, согласно изобретению предохранительно-подпиточный клапан, включающий в себя основной, вспомогательный и подпиточный запорные органы, образован в виде блока-модуля с возможностью встраивания его непосредственно в корпус гидропривода и автономной отработки всех параметров клапана, при этом корпус блока-модуля выполнен в форме многоступенчатой цилиндрической втулки с резьбовым участком и уплотнениями на внешних установочных поверхностях, внутренними соосно расположенными ступенчатыми расточками, большая ступень которых обращена в сторону регулирующей части клапана, радиально отводящими и центральным подводящим каналами, блок-модуль сформирован в виде соосно размещенных в центральном канале корпуса-втулки двух кинематически связанных и последовательно взаимодействующих между собой автоматических устройств управления основным, подпиточным и вспомогательным запорными органами с запирающими элементами типа «клапан-седло», с общей камерой командного давления, герметично размещенной между указанными устройствами, с возможностью сообщения ее через дроссель с источником управляющего давления, устройство управления основным и подпиточным запорными органами состоит из корпуса-втулки с основным седлом, с входной и сливной полостями и разделяющих эти полости основного и подпиточного запорных органов, конструктивно совмещенных и выполненных за одно целое в виде подпружиненного плунжера с внутренней сквозной многоступенчатой расточкой, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющей расточке корпуса-втулки и одновременного контакта и взаимодействия конической уплотняющей части с седлом входного канала корпуса-втулки, а внутренней расточки большей ступени - с уплотненной поршневой частью корпуса вспомогательного запорного органа, неподвижно закрепленного в резьбовой расточке корпуса-втулки, при этом внутренняя камера управления подпиточным запорным органом образована внешним контуром уплотняющей части основного запорного органа и контуром прилегающей к нему расточки корпуса-втулки, причем упомянутая камера постоянно сообщена с надклапанной полостью слива, устройство управления вспомогательным запорным органом конструктивно и функционально образовано в виде самостоятельного блока-модуля, с установочным механизмом бесступенчатого регулирования и с возможностью встраивания в резьбовую расточку корпуса-втулки с образованием кольцевой полости слива, устройство содержит корпус, выполненный в виде уплотненной по установочным поверхностям резьбовой втулки с направляющей поршневой цилиндрической частью и разделяющей наружной кольцевой проточкой с радиальными сквозными каналами, внутри втулки выполнена ступенчатая цилиндрическая расточка - внутренняя камера с участком резьбовой поверхности и седлом в расточке меньшей ступени, в камере размещен вспомогательный запорный орган, выполненный с конической уплотняющей поверхностью, наружным кольцевым двухсторонним уступом и осевым хвостовиком цилиндрической формы со сферическим опорно-установочным торцом, соосно выведенным в зону общей камеры командного давления, причем запорный орган установлен с возможностью одновременного контакта конической части с седлом втулки, а периферийной поверхности кольцевого двухстороннего уступа - с поверхностью внутренней камеры, при этом на периферийной поверхности кольцевого уступа образованы продольные сквозные, равномерно расположенные в окружном направлении полуцилиндрические расточки, глубина которых расположена вне зоны контакта конической поверхности запорного органа с седлом резьбовой втулки, причем в расточке меньшей ступени резьбовой втулки хвостовик вспомогательного запорного органа установлен с гарантированным кольцевым зазором для прохождения рабочей среды, а указанная кинематическая связь выполнена в виде размещенного во внутренней расточке меньшей ступени основного подпиточного запорного органа, подпружиненного относительно устройства управления вспомогательным запорным органом, ступенчатого цилиндрического индикаторного стержня - с направляющей наружной частью с двухсторонним уступом и соосной торцовой расточкой-седлом с центральным сквозным дроссельным отверстием, при этом толкатель установлен с возможностью на такте управления осевого перемещения и взаимодействия торцовой расточки-седла со сферической поверхностью хвостовика вспомогательного запорного органа, согласно изобретению траектория отвода рабочей среды из внутренней камеры вспомогательного запорного органа выполнена автономной, при этом на внешней установочной поверхности большей ступени корпуса-втулки клапана между кольцевыми проточками под уплотнения образована кольцевая коллекторная выемка прямоугольной формы с возможностью сообщения ее с дополнительной надклапанной выходной полостью слива, а через радиально расположенные каналы - с внутренней камерой вспомогательного запорного органа, причем сформированные внутри клапана камеры для отвода рабочей среды от основного-подпиточного и вспомогательного запорных органов разделены между собой кольцевой уплотняющей перегородкой, образованной поверхностью направляющей расточки корпуса-втулки, охватывающей периферийную часть основного-подпиточного запорного органа по подвижной посадке, согласно изобретению внешнее уплотнение поршневой части резьбовой втулки вспомогательного запорного органа выполнено в виде разделенных между собой цилиндрической перемычкой манжетных уплотнений, встроенных в кольцевые прямоугольные канавки втулки, при этом манжетное уплотнение, установленное со стороны воздействия высокого давления, выполнено в виде размещенного в канавке с предварительным натягом упругого резинового кольца и манжеты-обечайки из полимерного антифрикционного материала, имеющей в радиальном сечении П-образную форму и установленной в канавке с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью внутренней расточки большей ступени основного-подпиточного запорного органа и упругим резиновым кольцом, при этом наружный диаметр обечайки выбран равным диаметру расточки основного-подпиточного запорного органа, второе манжетное уплотнение выполнено из резины и установлено с защитным фторопластовым кольцом прямоугольного сечения, размещенным со стороны кольцевой перемычки, а размер сечения кольца в радиальном направлении равен размеру максимальной глубины проточки.

В соответствии с предлагаемым изобретением отличительной особенностью предохранительно-подпиточного гидравлического клапана со встроенным в основной-подпиточный (основной) запорный орган толкателем является то, что на вспомогательный запорный орган, кроме рабочего давления, постоянно функционирующего в общей камере управления, напрямую действует давление напорной магистрали, передаваемое через толкатель, размещенный в расточке основного запорного органа с радиальным кольцевым зазором. Последний, с одной стороны, гарантирует протечку рабочей среды в противоположных направлениях, а с другой - работу толкателя в режиме «поршня».

Благодаря указанной особенности время полного открытия вспомогательного запорного органа не будет зависеть от величины сопротивления сквозного дроссельного отверстия, проходное сечение которого может быть выбрано достаточно малым, а следовательно, перепад на дросселе может быть повышен. Исходя из этого вспомогательный запорный орган отрывается от своего седла как от воздействия рабочего давления, поступившего через дроссельное отверстие в общую камеру управления, так и от силы давления напорной магистрали, действующей на полезную площадь толкателя. Так как применение толкателя позволяет значительно увеличить перепад на дросселе, то ускоряется открытие основного запорного органа и повышается его чувствительность.

При забросах давления в подающей магистрали толкатель под действием этого избыточного давления, преодолевая сопротивление пружины, аксиально перемещается в сторону расположения вспомогательного запорного органа до упора в его сферическую часть, чем полностью перекрывается его центральное дроссельное отверстие. Благодаря демпфирующему действию капиллярного кольцевого зазора по направляющей цилиндрической части толкателя повышается устойчивость основного запорного органа против автоколебаний и стабильность расхода.

При понижении давления в камере управления до рабочего значения толкатель под действием пружины перемещается в исходное положение, открывая свое дроссельное отверстие, через которое рабочая среда из напорной магистрали поступает в камеру управления, чем обеспечивается ускоренный возврат основного запорного органа под действием рабочего давления в исходное закрытое положение.

Использование в качестве внешних уплотнений поршневой части корпуса вспомогательного запорного органа в виде манжетных устройств позволяет минимизировать величину трения перемещения основного запорного органа, что повышает работоспособность клапана в режиме «подпитка».

Таким образом, заявляемое техническое решение обладает преимуществом по сравнению с аналогом-прототипом и другими известными решениями, обеспечивающим достижение поставленной задачи - повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств предохранительно-подпиточного клапана за счет:

- выполнения клапана в виде блока-модуля, отличающегося высокой технологичностью и возможностью легкой встройки непосредственно в расточки корпуса гидропривода и демонтажа из него, что позволяет решить задачу минимизации габаритов и массы гидропривода и обеспечить возможность проведения автономной отработки параметров клапана,

- реализации возможности выполнения основным запорным органом помимо основной функции предохранительного клапана функции подпиточного клапана,

- встройки в основной запорный орган индикаторного стержня с центральным сквозным дроссельным отверстием с возможностью на такте управления осевого перемещения и взаимодействия со сферической частью хвостовика вспомогательного запорного органа,

- выполнения автоматического устройства управления вспомогательным запорным органом в виде отдельного блока-модуля с возможностью его легкой встройки в основной корпус клапана и автономной отработки характеристик,

- улучшения работы вспомогательного запорного органа путем образования в нем направляющей части,

- выполнения траектории отвода рабочей среды из внутренней камеры вспомогательного запорного органа автономной и независимой от основной позволяет решить задачу увеличения рабочего хода основного запорного органа при забросах давления в магистрали нагнетания и соответственно увеличения проливочных характеристик клапана.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид, разрез предохранительно-подпиточного гидравлического клапана модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений с двумя кинематически связанными и последовательно взаимодействующими между собой автоматическими устройствами 26 и 27 для управления основным, подпиточным и вспомогательным запорными органами.

- на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 - конструктивное исполнение двухстороннего кольцевого уступа 44 вспомогательного запорного органа 5 с продольными сквозными, равномерно расположенными в окружном направлении, полуцилиндрическими расточками 48 для прохождения рабочей жидкости в направлении кольцевой полости слива 36.

- на фиг.3 показано место Б на фиг.1 - конструктивное исполнение внешнего уплотнительного устройства поршневой части 34 резьбовой втулки 35 вспомогательного запорного органа 5.

- на фиг.4 показан общий вид, разрез клапана при работе в режиме предохранительного устройства в момент возникновения в гидросистеме питания сверхдопустимых забросов давления.

- на фиг.5 показан общий вид, разрез клапана при работе в режиме «подпитка» напорной магистрали.

Предохранительно-подпиточный гидравлический клапан модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений (фиг.1) содержит корпус 1 с полостями подвода 2 и слива 3, основной и подпиточный запорный орган 4, вспомогательный запорный орган 5, внутреннюю камеру 6 управления подпиточным запорным органом 4, образованную в расточке корпуса-втулки 1, радиальные отверстия 8 для сообщения этой камеры с надкапанной полостью слива 9.

Основной запорный орган 4 снабжен цилиндрической направляющей частью 10 и осевым центральным отверстием 11, а вспомогательный запорный орган 5 сформирован в виде самостоятельного модуля с внутренней камерой 12 для отвода рабочей среды и размещения установочного механизма бесступенчатого регулирования 13, вспомогательный запорный орган 5 снабжен конической уплотняющей поверхностью 14 и опорным торцом 15, воспринимающим силовую нагрузку цилиндрической пружины сжатия 16, упертой противоположным концом в опорный торец 17 регулирующего элемента 18 установочного механизма 13.

Предохранительно-подпиточный клапан образован в виде блока-модуля с возможностью встраивания его в резьбовую расточку 19 корпуса гидропривода, при этом корпус блока-модуля 1 выполнен в форме многоступенчатой цилиндрической втулки с резьбовым участком 20 и уплотнениями 21, 22, 23 на внешних установочных поверхностях, внутренними соосно расположенными ступенчатыми расточками 24, 7, 25, радиально отводящими каналами 8 и центральным подводящим каналом 2.

Блок сформирован в виде соосно размещенных в центральном канале - расточках 24, 7, 25 корпуса-втулки 1, двух кинематически связанных и последовательно взаимодействующих между собой автоматических устройств управления: 26 - основным запорным органом 4 и 27 -вспомогательным запорным органом 5.

Между устройствами управления 26 и 27 герметично размещена общая камера командного давления 28, сообщенная через дроссельное отверстие 29 с источником управляющего давления через центральный подводящий канал 2. Устройство управления 26 состоит из корпуса-втулки 1 с основным седлом 30, с входной полостью 2 и сливной надклапанной полостью 9 и основного запорного органа 4.

Основной и подпиточный запорные органы конструктивно совмещены и выполнены за одно целое в виде подпружиненного плунжера 4 с внутренней сквозной многоступенчатой расточкой 32. Плунжер 4 подвижно установлен во внутренней направляющей расточке 7 корпуса-втулки 1 с одновременным контактом и взаимодействием конической уплотняющей части 33 с седлом 30 входного канала 2 корпуса-втулки 1, а внутренней расточки большей ступени 32 - с уплотненной поршневой частью 34 корпуса 35 автоматического устройства управления 27 вспомогательным запорным органом 5. Корпус 35 неподвижно закреплен в резьбовой расточке 25 корпуса-втулки 1.

Внутренняя камера 6 управления подпиточным запорным органом 4 образована внешним контуром уплотняющей части основного запорного органа 4 и контуром прилегающей к нему расточки 7 корпуса-втулки 1. Внутренняя камера 6 постоянно сообщена через радиальные отверстия 8 с надклапанной полостью слива 9.

Автоматическое устройство управления вспомогательным запорным органом 27 образовано в виде блока-модуля с установочным механизмом бесступенчатого регулирования 13 и с возможностью встраивания в резьбовую расточку 25 корпуса-втулки 1 с образованием кольцевой полости слива 36. Устройство 27 содержит корпус, выполненный в виде уплотненной по установочным поверхностям 37 и 38 резьбовой втулки 35 с направляющей поршневой цилиндрической частью 34 и разделяющей наружной кольцевой проточкой 39 с радиальными сквозными каналами 40.

Внутри втулки 35 выполнена ступенчатая цилиндрическая расточка 41 с участком резьбовой поверхности 42 и седлом 43, образованным в расточке 41 меньшей ступени. Цилиндрическая расточка 41 образует внутреннюю камеру 12 для размещения вспомогательного запорного органа 5, который выполнен с конической уплотняющей поверхностью 14, наружным кольцевым двухсторонним уступом 44 и осевым хвостовиком 45 цилиндрической формы со сферическим опорно-установочным торцом 46, соосно выведенным в зону общей камеры командного давления 28. Вспомогательный запорный орган 5 установлен с возможностью одновременного контакта конической части 14 с седлом 43 втулки 35, а периферийной поверхности 47 кольцевого уступа 44 - с поверхностью расточки 41, при этом на периферийной поверхности 47 уступа 44 выполнены продольные сквозные, равномерно расположенные в окружном направлении, полуцилиндрические расточки 48 (см.фиг.2) для обеспечения прохождения рабочей жидкости.

В расточке меньшей ступени 41 втулки 35 хвостовик 45 вспомогательного запорного органа 5 установлен с гарантированным кольцевым зазором 49 для прохождения рабочей среды из камеры 28. Во внутренней расточке меньшей ступени 11 основного запорного органа 4 размещен подпружиненный пружиной 50 относительно устройства управления 27 индикаторный стержень-толкатель 51 с направляющей наружной частью 52, с двухсторонним уступом 53, с соосной торцовой расточкой-седлом 54 и центральным сквозным дроссельным отверстием 29.

На внешней установочной поверхности большей ступени 55 корпуса-втулки 1 между кольцевыми проточками под уплотнения 22 и 23 образована кольцевая коллекторная выемка 56 прямоугольной формы с возможностью сообщения ее с дополнительной надклапанной выходной полостью слива 57, а через радиально расположенные каналы 58 - с внутренней камерой 12 вспомогательного запорного органа 5. Сформированные внутри клапана камеры 6 и 12 для отвода рабочей среды от основного и вспомогательного запорных органов 4 и 5 разделены между собой кольцевой уплотняющей перегородкой 59, образованной поверхностью направляющей расточки 7 корпуса-втулки 1, охватывающей периферийную часть основного запорного органа 4 по подвижной посадке.

Внешнее уплотнение поршневой части 34 (см. фиг.3) резьбовой втулки 35 вспомогательного запорного органа 5 выполнено в виде разделенных между собой цилиндрической перемычкой 60 манжетных уплотнений 61 и 62, встроенных в кольцевые прямоугольные канавки 63 и 64 поршневой части 34 резьбовой втулки 35. Манжетное уплотнение 61 со стороны воздействия высокого давления состоит из упругого резинового кольца 65 и манжеты-обечайки 66 из полимерного антифрикционного материала - фторопласта, имеющей в радиальном сечении П-образную форму и установленной в канавке 63 с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями 67 и 68 с поверхностью внутренней расточки большей ступени 32 основного запорного органа 4 и упругим кольцом 65. Второе манжетное уплотнение 62 из резины установлено с защитным фторопластовым кольцом 69 прямоугольного сечения.

Предохранительно-подпиточный клапан работает следующим образом:

В режиме номинального рабочего давления, установленного для гидросистемы гидропривода (см. фиг.1).

Номинальное рабочее давление через центральный входной канал 2 клапана и через дроссельное отверстие 29 толкателя 51 основного запорного органа 4 поступает в общую камеру командного давления 28. В связи с тем, что площадь поршневой части 34, неподвижно установленной резьбовой втулки 35 вспомогательного запорного органа, выполнена больше площади седла 30, закрываемой основным запорным органом 4, последний перемещается в сторону расположения входного канала 2 и закрывает его с силой, пропорциональной разности вышеуказанных площадей, исключая переток рабочей жидкости под давлением в надклапанную полость слива 9 гидропривода.

В подводящем канале 2 и в общей камере командного давления 28 устанавливается одинаковое номинальное рабочее давление, поступающее от гидросистемы питания, при этом толкатель 51 гидравлически разгружен и под действием пружины сжатия 50 занимает исходное левое крайнее по фиг.1 положение, упираясь торцом своего уступа в опорный торец промежуточной ступени основного запорного органа 4.

В режиме работы предохранительного устройства (см. фиг.4).

При превышении давления рабочей жидкости в гидросистеме питания сверх номинального (например, при забросах давления или гидравлических ударах) толкатель 51 под действием избыточного давления мгновенно преодолевает усилие пружины 50 и, выполняя функцию поршня, аксиально перемещается в сторону расположения вспомогательного запорного органа 5 до упора в его сферическую часть 46 хвостовика 45 и расточкой-седлом 54 перекрывает центральное дроссельное отверстие 29. Избыточное давление, действуя на полную площадь направляющей части 52 толкателя 51, отжимает вспомогательный запорный орган 5 от седла 43 резьбовой втулки 35, пересиливая установленное с помощью регулирующего элемента 18 усилие сжатия силовой пружины 16.

Рабочая жидкость с номинальным давлением из камеры 28 проходит по кольцевому зазору 49 во внутреннюю пружинную камеру 12 резьбовой втулки 35 через сквозные полуцилиндрические расточки 48 (см. фиг.2), образованные на периферийной поверхности двухстороннего уступа 44 запорного органа 5. Далее жидкость через радиальные каналы 40, полость 36, радиально направленные каналы 58 корпуса-втулки 1 поступает в дополнительную надклапанную выходную полость слива 57 гидропривода, при этом давление рабочей жидкости в общей камере командного давления 28 резко падает, в результате чего сила, действующая на основной запорный орган 4 со стороны входного канала 2, становится больше силы, действующей со стороны поршневой части 34 резьбовой втулки 35.

Основной запорный орган 4 в этом случае отходит от своего седла 30, открывая основной проход рабочей жидкости избыточного давления в сливную надклапанную полость 9 гидропривода до момента уравновешивания указанных выше сил, при котором происходит процесс закрытия основного запорного органа 4.

При понижении давления в гидросистеме и соответственно в камере 28 до рабочего значения толкатель 51 под действием пружины 50 перемещается в исходное положение, открывая свое дроссельное отверстие 29, через которое рабочая среда из напорной магистрали из входного канала 2 беспрепятственно поступает в камеру 28, чем обеспечивается ускоренный возврат основного запорного органа в начальное закрытое положение.

В целом при этом режиме благодаря демпфирующему действию капиллярного кольцевого зазора по направляющей цилиндрической части 52 толкателя 51, а также благодаря постоянному контакту в процессе работы основного запорного органа 4 с направляющей расточкой 7 корпуса-втулки 1 значительно повышается устойчивость клапана против колебаний и вибраций, улучшается стабильность расхода и давления в системе питания гидропривода. Таким образом происходит предохранение гидросистемы питания и исполнительных элементов от разрушения.

В режиме подпитки (см. фиг.5).

При превышении давления жидкости в сливной надклапанной полости 9 гидропривода над давлением в камере командного давления 28 и соответственно в центральном входном канале 2 рабочая жидкость через радиальные отверстия 8 корпуса-втулки 1 проходит во внутреннюю управляющую камеру 6 и перемещает основной-подпиточный запорный орган 4 на открытие, преодолевая незначительное сопротивление пружин 31, 50 и трение манжетных уплотнений 61 и 62. Этим обеспечивается прохождение рабочей жидкости из полости 9 во входной напорный канал 2 и осуществление режима «подпитка» напорной магистрали.

Заявленная совокупность существенных конструктивных признаков предлагаемого изобретения обуславливает получение технического результата - создание перспективного ряда предохранительно-подпиточных гидравлических клапанов модульного исполнения для встроенного монтажа, отличающихся эксплуатационной надежностью, высокой стабильностью давления в переходных режимах и при различных расходах жидкости, отсутствием вибраций и компактностью конструкции - все элементы устройства просты и технологичны в исполнении и при необходимости могут быть легко и быстро заменены. Кроме этого, клапаны имеют уменьшенные габариты и массу, более высокие расходные характеристики и обеспечивают возможность легкой встройки непосредственно в корпус гидропривода и проведения автономной отработки технических характеристик.

Изобретение относится к области машиностроения и промышленного арматуростроения, в частности к объемным гидроприводам гидравлических систем строительных и дорожных машин, и предназначено для предохранения этих систем и машин от перегрузок высоким (избыточным) давлением. Предохранительно-подпиточный клапан выполнен в виде блока-модуля с возможностью его легкой встройки непосредственно в корпус гидропривода и автономной отработки технических параметров. Реализована возможность выполнения основным запорным органом дополнительной функции подпиточного клапана. В основной запорный орган встроен индикаторный стержень-толкатель с центральным сквозным дроссельным отверстием с возможностью на такте управления осевого перемещения и взаимодействия со сферической частью хвостовика вспомогательного запорного органа. Сформированы две независимые друг от друга траектории отвода рабочей среды от клапана. Использование изобретения позволит повысить чувствительность и быстродействие клапана, улучшить проливочные характеристики клапана и расширить функциональные возможности последнего, что приведет к повышению его надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Предохранительно-подпиточный гидравлический клапан модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений, содержащий корпус с полостями подвода и слива, основной, вспомогательный и подпиточный запорные органы, внутреннюю камеру управления подпиточным запорным органом, образованную в расточке корпуса-втулки, радиальные отверстия для сообщения этой камеры с надклапанной полостью слива, при этом основной запорный орган снабжен цилиндрической направляющей частью и осевым центральным отверстием, а вспомогательный запорный орган сформирован в виде самостоятельного модуля с внутренней камерой для отвода рабочей среды и размещения установочного механизма бесступенчатого регулирования, запорный орган модуля снабжен конической уплотняющей поверхностью и опорным торцом, воспринимающим силовую нагрузку цилиндрической пружины сжатия, упертой противоположным концом в опорный торец регулирующего элемента установочного механизма, отличающийся тем, что предохранительно-подпиточный клапан, включающий в себя основной, вспомогательный и подпиточный запорные органы, образован в виде блока-модуля с возможностью встраивания его непосредственно в корпус гидропривода и автономной отработки всех параметров клапана, при этом корпус блока-модуля выполнен в форме многоступенчатой цилиндрической втулки с резьбовым участком и уплотнениями на внешних установочных поверхностях, внутренними соосно расположенными ступенчатыми расточками, большая ступень которых обращена в сторону регулирующей части клапана, радиально отводящими и центральным подводящим каналами, блок-модуль сформирован в виде соосно размещенных в центральном канале корпуса-втулки двух кинематически связанных и последовательно взаимодействующих между собой автоматических устройств управления основным, подпиточным и вспомогательным запорными органами с запирающими элементами типа «клапан - седло», с общей камерой командного давления, герметично размещенной между указанными устройствами с возможностью сообщения ее через дроссель с источником управляющего давления, устройство управления основным и подпиточным запорными органами состоит из корпуса-втулки с основным седлом, с входной и сливной полостями и разделяющих эти полости основного и подпиточного запорных органов, конструктивно совмещенных и выполненных за одно целое в виде подпружиненного плунжера с внутренней сквозной многоступенчатой расточкой, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющей расточке корпуса-втулки и одновременного контакта и взаимодействия конической уплотняющей части с седлом входного канала корпуса-втулки, а внутренней расточки большей ступени - с уплотненной поршневой частью корпуса вспомогательного запорного органа, неподвижно закрепленного в резьбовой расточке корпуса-втулки, при этом внутренняя камера управления подпиточным запорным органом образована внешним контуром уплотняющей части основного запорного органа и контуром прилегающей к нему расточки корпуса-втулки, причем упомянутая камера постоянно сообщена с надклапанной полостью слива, устройство управления вспомогательным запорным органом конструктивно и функционально образовано в виде самостоятельного блока-модуля с установочным механизмом бесступенчатого регулирования и с возможностью встраивания в резьбовую расточку корпуса-втулки с образованием кольцевой полости слива, устройство содержит корпус, выполненный в виде уплотненной по установочным поверхностям резьбовой втулки с направляющей поршневой цилиндрической частью и разделяющей наружной кольцевой проточкой с радиальными сквозными каналами, внутри втулки выполнена ступенчатая цилиндрическая расточка-внутренняя камера с участком резьбовой поверхности и седлом в расточке меньшей ступени, в камере размещен вспомогательный запорный орган, выполненный с конической уплотняющей поверхностью, наружным кольцевым двухсторонним уступом и осевым хвостовиком цилиндрической формы со сферическим опорно-установочным торцом, соосно выведенным в зону общей камеры командного давления, причем запорный орган установлен с возможностью одновременного контакта конической части с седлом втулки, а периферийной поверхности кольцевого двухстороннего уступа - с поверхностью внутренней камеры, при этом на периферийной поверхности кольцевого уступа образованы продольные сквозные, равномерно расположенные в окружном направлении полуцилиндрические расточки, глубина которых расположена вне зоны контакта конической поверхности запорного органа с седлом резьбовой втулки, причем в расточке меньшей ступени резьбовой втулки хвостовик вспомогательного запорного органа установлен с гарантированным кольцевым зазором для прохождения рабочей среды, а указанная кинематическая связь выполнена в виде размещенного во внутренней расточке меньшей ступени основного подпиточного запорного органа, подпружиненного относительно устройства управления вспомогательным запорным органом, ступенчатого цилиндрического индикаторного стержня с направляющей наружной частью с двухсторонним уступом и соосной торцовой расточкой-седлом с центральным сквозным дроссельным отверстием, при этом толкатель установлен с возможностью на такте управления осевого перемещения и взаимодействия торцовой расточки-седла со сферической поверхностью хвостовика вспомогательного запорного органа.2. Предохранительно-подпиточный гидравлический клапан по п.1, отличающийся тем, что траектория отвода рабочей среды из внутренней камеры вспомогательного запорного органа выполнена автономной, при этом на внешней установочной поверхности большей ступени корпуса-втулки клапана между кольцевыми проточками под уплотнения образована кольцевая коллекторная выемка прямоугольной формы с возможностью сообщения ее с дополнительной надклапанной выходной полостью слива, а через радиально расположенные каналы - с внутренней камерой вспомогательного запорного органа, причем сформированные внутри клапана камеры для отвода рабочей среды от основного подпиточного и вспомогательного запорных органов разделены между собой кольцевой уплотняющей перегородкой, образованной поверхностью направляющей расточки корпуса-втулки, охватывающей периферийную часть основного подпиточного запорного органа по подвижной посадке.3. Предохранительно-подпиточный гидравлический клапан по п.1, отличающийся тем, что внешнее уплотнение поршневой части резьбовой втулки вспомогательного запорного органа выполнено в виде разделенных между собой цилиндрической перемычкой манжетных уплотнений, встроенных в кольцевые прямоугольные канавки втулки, при этом манжетное уплотнение, установленное со стороны воздействия высокого давления, выполнено в виде размещенного в канавке с предварительным натягом упругого резинового кольца и манжеты-обечайки из полимерного антифрикционного материала, имеющей в радиальном сечении П-образную форму и установленной в канавке с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью внутренней расточки большей ступени основного подпиточного запорного органа и упругим резиновым кольцом, при этом наружный диаметр обечайки выбран равным диаметру расточки основного подпиточного запорного органа, второе манжетное уплотнение выполнено из резины и установлено с защитным фторопластовым кольцом прямоугольного сечения, размещенным со стороны кольцевой перемычки, а размер сечения кольца в радиальном направлении равен размеру максимальной глубины проточки.