БЫСТРОРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2009 года по МПК F16L37/00 

Изобретение относится к области машиностроения, касается разъемных соединений трубопроводов и может найти применение в различных гидросистемах самоходных машин, например в системах смазки, охлаждения, подключения дополнительных машин и механизмов.

Одной из проблем при разработке быстроразъемных соединений трубопроводов является обеспечение их надежности. Известно быстроразъемное соединение трубопроводов для гидравлических приводных систем, содержащее расположенные концентрично друг другу охватываемую и охватывающую полумуфты и замковое устройство для их соединения и разъединения (DE 4025385, F16L 37/23, F16L 37/32, F16L 37/00, F16L 37/28, публ. 02.13.92). В корпусе каждой из полумуфт выполнены осесимметричный канал для подачи рабочей жидкости, цилиндрическая и коническая расточки корпуса и внутренняя присоединительная резьба. В расточках установлен с возможностью осевого перемещения подпружиненный цилиндрический клапан с направляющей втулкой и уплотнительным кольцом. Во втулке имеются окна для пропускания рабочей жидкости. Уплотнительное кольцо установлено между кольцевым пояском и дополнительным прижимным кольцом. Пружина размещена на втулке и контактирует своим торцом с прижимным кольцом. Функцию ограничителя хода клапана выполняет торец хвостовика направляющей втулки.

Ближайшим к предлагаемому по технической сущности и совокупности признаков является быстроразъемное соединение трубопроводов, преимущественно, гибких шлангов сельскохозяйственных машин, по BY 7254 С1, F16L 37/36, публ. 30.09.05. Оно включает установленные на концах трубопроводов охватываемую и охватывающую полумуфты с уплотнительным кольцом между их сопряженными поверхностями. Устройство для соединения и разъединения полумуфт выполнено в виде замковой втулки, пружины и шариков, расположенных в сквозных гнездах охватывающей полумуфты и контактирующих с кольцевой проточкой на корпусе охватываемой полумуфты. Корпус каждой из полумуфт снабжен осесимметричным каналом для прохода рабочей жидкости, с внутренней присоединительной резьбой, и цилиндрической и конической расточками. Со стенкой канала контактирует наружная поверхность клапана, имеющего боковые окна, в виде сегментных проточек, для прохода рабочей жидкости в кольцевой зазор между наружной поверхностью клапана и внутренними поверхностями расточек корпуса. На конце клапана, заодно с остальной его частью, выполнен конический затворный элемент с кольцевой канавкой и с герметизирующим элементом в виде наваренного в канавку уплотнительного кольца из эластомерного материала. В полости клапана размещена пружина сжатия. Ограничитель хода клапана выполнен в виде кольца с проходным отверстием и стопорного кольца, расположенных в кольцевой канавке корпуса полумуфт в пределах длины присоединительной резьбы.

Выполнение наружной, вместо внутренней, присоединительной резьбы в корпусах полумуфт, а также упомянутое конструктивное решение ограничителя хода клапана позволили, в конечном счете, повысить надежность работы соединения, по сравнению с конструкцией по DE 4025385. В то же время, соединению по BY 7254, как и по DE 4025385, присущ существенный недостаток: при соединении полумуфт и пропуске через них рабочей жидкости под давлением в прямом и обратном направлениях уплотнительное кольцо оказывается подверженным воздействию потока рабочей жидкости. Вследствие малых проходных сечений клапана, пружины и ограничителя хода клапана, которые установлены в одной и той же расточке корпуса полумуфты, скорость этого потока достигает больших значений и соединение оказывает значительное сопротивление потоку проходящей рабочей жидкости. В результате уплотнительное кольцо разрушается, что приводит к нарушению герметичности полумуфт в разомкнутом состоянии и снижению надежности соединения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание быстроразъемного соединения трубопроводов с более высокой надежностью за счет повышения степени герметичности конструкции.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в быстроразъемном соединении трубопроводов, содержащем охватываемую и охватывающую полумуфты и устройство для их соединения и разъединения, а каждая из полумуфт снабжена

- средством для присоединения трубопровода,

- каналом для подачи рабочей жидкости, симметричным оси полумуфты, и цилиндрической и конической расточками корпуса,

- размещенным в канале подпружиненным клапаном с боковыми окнами для прохода рабочей жидкости, с коническим затворным элементом, форма которого соответствует форме конической расточки корпуса, и с уплотнительным кольцом, размещенным в канавке в зоне примыкания затворного элемента к конической расточке корпуса, и

- ограничителем хода клапана,

согласно изобретению клапан выполнен в виде пустотелой втулки

- со ступенчатой, с уменьшением диаметра ступеней в направлении конической расточки корпуса, внешней поверхностью, причем ступень с наибольшим диаметром расположена в цилиндрической расточке корпуса,

- с поперечной стенкой, снабженной центральным отверстием,

- с цилиндрической расточкой со стороны конического затворного элемента, у которой диаметр и глубина приняты из условия возможности размещения уплотнительного кольца внутри полости расточки и которая сообщена с полостью цилиндрической расточки корпуса,

- причем затворный элемент снабжен направляющим хвостовиком, установленным в центральном отверстии поперечной стенки с возможностью осевого перемещения относительно втулки, упомянутые боковые окна выполнены в зоне втулки, примыкающей к его поперечной стенке, и сообщены с кольцевым зазором между внутренней поверхностью цилиндрической расточки корпуса и наружной поверхностью ступени втулки, соединенным с конической расточкой корпуса, а в полости втулки, соосно с ней, установлена колпачковая шайба с центральным отверстием в дне, в котором размещен конец направляющего хвостовика, при этом один торец упомянутой пружины опирается на колпачковую шайбу, в которой выполнены отверстия для сообщения полости цилиндрической расточки корпуса с боковыми окнами втулки.

Выполнение втулки ступенчатой, с уменьшением диаметра ступеней в направлении конической расточки корпуса, выполнение окон для прохода рабочей жидкости в зоне втулки, примыкающей к его поперечной стенке, а также их сообщение с кольцевым зазором между внутренней поверхностью цилиндрической расточки корпуса и наружной поверхностью ступени втулки, соединенным с конической расточкой корпуса, и наличие колпачковой шайбы с отверстиями - все это при заданных стандартных размерах полумуфт позволяет увеличить размеры проходных сечений, а тем самым - уменьшить скорости потока рабочей жидкости при соединенном положении полумуфт и, таким образом, уменьшить силы, разрушающие уплотнительное кольцо. Этому же способствует наличие в конце втулки расточки, в полость которой заводится уплотнительное кольцо в начале осуществления соединения полумуфт. Находясь в этой полости, уплотнительное кольцо защищено от разрушительного действия потока рабочей жидкости. Кроме того, выполнение затворного элемента с возможностью осевого перемещения относительно втулки, при обеспечении их взаимного центрирования за счет наличия направляющего хвостовика, обеспечивает точное положение и самоустановку конической контактной поверхности затворного элемента по контактной поверхности конической расточки корпуса полумуфты, а значит точное и плотное прилегание к последней уплотнительного кольца. За счет существенного уменьшения сил, разрушающих герметизирующий элемент при соединенном положении полумуфт, и повышения точности и плотности прилегания уплотнительного кольца затворного элемента к соответствующей контактной поверхности корпуса при разъединенном положении полумуфт достигается более высокая надежность соединения за счет повышения степени герметичности конструкции, т.е. достигается заданный технический результат.

При этом целесообразно, чтобы отношение глубины расточки втулки к величине ее хода составляло 1,3...1,5.

Кроме того, для дальнейшего увеличения проходных сечений ограничитель хода втулки выполнен в виде кольцевого уступа цилиндрической расточки корпуса полумуфты.

Кроме того, полость расточки втулки сообщена с полостью цилиндрической расточки корпуса посредством выполненных в поперечной стенке втулки отверстий или посредством продольных канавок, выполненных на направляющем хвостовике.

Для дальнейшего увеличения проходных сечений корпус каждой полумуфты со стороны упомянутой цилиндрической расточки снабжен примыкающей к ней дополнительной цилиндрической расточкой меньшего диаметра с образованием уступа, служащего опорой для другого торца пружины.

Конструкция устройства быстроразъемного соединения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид быстроразъемного соединения в состыкованном положении, продольный разрез; на фиг.2 и фиг.3 - соответственно, продольные разрезы охватываемой и охватывающей полумуфт, находящихся в расстыкованном положении; на фиг.4 - сечение А-А с фиг.3.

Быстроразъемное соединение содержит установленные на концах трубопроводов, например шлангов (не показаны), концентрично друг другу охватываемую 1 и охватывающую 2 полумуфты и уплотнительное кольцо 3 между их сопряженными поверхностями. Средство для соединения и рассоединения полумуфт выполнено в виде известного шарикового замкового устройства, содержащего замковую втулку 4 с пружиной 5 и шариками 6, которые могут размещаться в кольцевой канавке охватываемой и сквозных прорезях (не обозначены) охватывающей полумуфт.

Каждая из полумуфт содержит корпус 7, снабженный внешней резьбой 8 для присоединения трубопроводов, например шлангов (не показаны), и осесимметричный канал (не обозначен) для подачи рабочей жидкости с цилиндрической 9 и конической 10 расточками, в которых размещен клапан с затворным элементом.

Клапан выполнен в виде пустотелой втулки 11 со ступенчатой внешней поверхностью. Наибольшая ступень находится со стороны входного отверстия (не обозначено), или присоединительной резьбы 8. Внешняя поверхность этой ступени втулки контактирует с внутренней поверхностью расточки 9 корпуса. По направлению к конической расточке 10 значения наружного диаметра ступеней последовательно уменьшаются. В стенке ступени, смежной с наибольшей, выполнены боковые окна 12, к которым примыкает поперечная стенка 13 втулки 11 с центральным отверстием (не обозначено) и отверстиями 14. В конце втулки, обращенном к конической расточке 10, выполнена цилиндрическая расточка 15, в которой размещен подвижный относительно втулки конический затворный элемент 16.

Форма контактной поверхности последнего, на которой в канавке (не обозначена) установлено уплотнительное кольцо 17, соответствует форме поверхности конической расточки 10 корпуса. Коническая поверхность затворного элемента переходит в центральный выступ 18, а с другой стороны затворный элемент выполнен с направляющим хвостовиком 19, который свободно проходит через центральное отверстие поперечной стенки 13 до упора в дно (не обозначено) колпачковой шайбы 20. Дно шайбы обращено к поперечной стенке 13, а ее кольцевой поясок (не обозначен) обращен в сторону входного отверстия полумуфт. Выступ 21 на конце хвостовика 18 входит в центральное отверстие шайбы (не обозначено).

Вместо отверстий 14 полости по разные стороны поперечной стенки 12 могут быть сообщены друг с другом продольными канавками 22 (фиг.4), выполненными на хвостовике 19.

В дне шайбы 20 выполнены отверстия 23 для сообщения полости цилиндрической пружины сжатия 24, установленной внутри втулки 11, с окнами 12. Вместо или кроме отверстий 23 для этого же могут быть предусмотрены отверстия (не показаны) в пояске шайбы.

Пружина 24 одним торцом оперта на торец пояска шайбы 20, а другим торцом - на кольцевой уступ 25 дополнительной цилиндрической расточки 26 корпуса, диаметр которой меньше диаметра расточки 9. Кольцевой уступ 27 между расточками 9 и 26 служит ограничителем хода втулки. Выявлено, что глубина расточки 15 на конце втулки 11 должна быть в 1,3...1,5 раза больше величины ее хода.

Предлагаемое соединение работает следующим образом. Для соединения полумуфт охватываемую 1 полумуфту вручную вдвигают в охватывающую 2 полумуфту. Для этого, сжимая пружину 5, замковую втулку 4 вручную отводят, освобождая шарики 5 и, таким образом, позволяя охватываемой 1 полумуфте войти в отверстие охватывающей 2 полумуфты. При этом затворные элементы 16 обеих полумуфт упираются друг в друга центральными выступами 18 и под действием осевого усилия отжимаются от конических контактных поверхностей расточек 10 корпусов 7 полумуфт. Таким образом, в начальный период соединения полумуфт происходит перемещение затворных элементов 16 до соприкосновения уплотнительных колец 17 с цилиндрической поверхностью расточек 15 втулок 11. Затем затворные элементы 16 перемещаются вместе с втулками 11 до упора торцов последних в кольцевые уступы 27 расточек корпусов полумуфт. При дальнейшем перемещении затворных элементов 16 происходит утопание уплотнительных колец 17 в расточках 15 втулок. В этом положении отпускают замковую втулку 4 и обе полумуфты фиксируются в сомкнутом положении, при котором через них открыт проход рабочей жидкости в прямом и обратном направлениях. Например, перемещение рабочей жидкости через охватывающую 2 к охватываемой полумуфте 1 осуществляется следующим образом. Поток рабочей жидкости от источника текучей среды (не показан) проходит внутри пружины 24, через отверстия 23 колпачковой шайбы 20, через окна 12 втулки 11 и далее через кольцевой зазор между конической контактной поверхностью затворного элемента 16 и конической контактной поверхностью расточки 10 корпуса 7 полумуфты 2, к соответствующему кольцевому зазору между коническими контактными поверхностями затворного элемента 16 и расточки 10 корпуса 7 полумуфты 1 и далее через окна 12 втулки 11, отверстия 23 колпачковой шайбы 20 в полость пружины 24 и к шлангу (не показан).

При этом уплотнительные кольца 17 затворных элементов 16 обеих полумуфт не подвергаются воздействию потока рабочей жидкости, как у прототипа и других известных нам аналогов, и, таким образом, не разрушаются, что способствует их высокой долговечности и герметичности соединения.

Для разъединения полумуфт замковую втулку 4, сжимая пружину 5, отводят влево. При этом шарики 6 освобождаются и под действием пружин 24 обеих полумуфт охватываемая 1 полумуфта выталкивается из корпуса 7 охватывающей 2 полумуфты. Одновременно выдвигаются из расточек 15 затворные элементы 16 обеих полумуфт и перемещаются своими коническими контактными поверхностями по направлению к коническим контактным поверхностям расточек 10 корпусов 7 обеих полумуфт, обеспечивая контакт конических поверхностей затворных элементов и контакт уплотнительных колец 17 с коническими контактными поверхностями расточек 10 корпусов полумуфт.

Из приведенного выше видно, что при соединенном положении полумуфт, когда рабочая жидкость перетекает через них, предлагаемое решение позволяет значительно уменьшить разрушающее воздействие потока рабочей жидкости на герметизирующий элемент. Этому способствует увеличение проходных сечений полумуфт, достигаемое за счет выполнения втулки 11 ступенчатой, с уменьшением диаметра ступеней в направлении конической расточки 10 корпуса, выполнения окон 12 для прохода рабочей жидкости в зоне втулки, примыкающей к его поперечной стенке 13, наличия колпачковой шайбы 20 с отверстиями 23 для сообщения полости пружины 24 с окнами 12, а также за счет выполнения ограничителя хода втулки в виде кольцевого уступа 27 цилиндрической расточки 9 корпуса полумуфты и сообщения между собой полостей по разные стороны поперечной стенки 13 втулки. Этому же способствуют, как уже упоминалось, размещение пружины в расточке 26, с опиранием на уступ 25, и возможность заведения уплотнительных колец 17 обеих полумуфт в расточки 15, где они защищены от прямого воздействия потока и давления рабочей жидкости.

При разъединенном же положении полумуфт придание затворному элементу 16 возможности перемещения относительно втулки 11 обеспечивает высокую точность положения и определенную самоустановку конической контактной поверхности затворного элемента по конической контактной поверхности корпуса полумуфты, а следовательно, и точное прилегание к последней уплотнительного кольца 17.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает достижение высокой герметичности и надежности соединения, что подтверждено испытаниями.

Изобретение предназначено для систем смазки, охлаждения, подключения дополнительных машин и механизмов. Быстроразъемное соединение трубопроводов содержит концентричные полумуфты, охватываемую и охватывающую, средство для их соединения и разъединения и клапан. Клапан выполнен в виде пустотелой втулки 11 со ступенчатой внешней поверхностью. Величина диаметра ступеней уменьшается в направлении другой полумуфты. Наибольшая по диаметру ступень контактирует с внутренней поверхностью цилиндрической расточки корпуса, а в конце втулки выполнена расточка. Размеры расточки приняты из условия возможности размещения в ее середине уплотнительного кольца на конической поверхности затворного элемента. Последний имеет направляющий хвостовик, который входит через центральное отверстие поперечной стенки втулки и установлен с возможностью осевого перемещения относительно втулки. В зоне втулки, которая примыкает к стенке с другой стороны, выполнены боковые окна. В полости втулки установлена колпачковая шайба. В центральном отверстии дна шайбы расположен выступ на конце хвостовика. Пружина оперта на торец шайбы. Изобретение позволяет повысить герметичность устройства. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Быстроразъемное соединение трубопроводов, содержащее охватываемую и охватывающую полумуфты и устройство для их соединения и разъединения, а каждая из полумуфт снабжена средством для присоединения трубопровода, каналом для подачи рабочей жидкости, симметричным оси полумуфты, и цилиндрической и конической расточками корпуса, размещенным в канале подпружиненным клапаном с боковыми окнами для прохода рабочей жидкости, с коническим затворным элементом, форма которого соответствует форме конической расточки корпуса, и с уплотнительным кольцом, размещенным в канавке в зоне примыкания затворного элемента к конической расточке корпуса, ограничителем хода клапана, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде пустотелой втулки со ступенчатой с уменьшением диаметра ступеней в направлении конической расточки корпуса внешней поверхностью, причем ступень с наибольшим диаметром расположена в цилиндрической расточке корпуса с поперечной стенкой, снабженной центральным отверстием, с цилиндрической расточкой со стороны конического затворного элемента, у которой диаметр и глубина приняты из условия возможности размещения уплотнительного кольца внутри полости расточки и которая сообщена с полостью цилиндрической расточки корпуса, причем затворный элемент снабжен направляющим хвостовиком, установленным в центральном отверстии поперечной стенки с возможностью осевого перемещения относительно втулки, упомянутые боковые окна выполнены в зоне втулки, примыкающей к его поперечной стенке, и сообщены с кольцевым зазором между внутренней поверхностью цилиндрической расточки корпуса и наружной поверхностью ступени втулки, соединенным с конической расточкой корпуса, а в полости втулки, соосно с ней, установлена колпачковая шайба с центральным отверстием в дне, в котором размещен конец направляющего хвостовика, при этом один торец упомянутой пружины опирается на колпачковую шайбу, в которой выполнены отверстия для сообщения полости цилиндрической расточки корпуса с боковыми окнами втулки.2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что отношение глубины расточки втулки к величине ее хода составляет 1,3...1,5.3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что ограничитель хода втулки выполнен в виде кольцевого уступа цилиндрической расточки корпуса полумуфты.4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что полость расточки втулки сообщена с полостью цилиндрической расточки корпуса посредством выполненных в поперечной стенке втулки отверстий.5. Соединение по п.1, отличающееся тем, что полость расточки втулки сообщена с полостью цилиндрической расточки корпуса посредством продольных канавок, выполненных на направляющем хвостовике.6. Соединение по п.1, отличающееся тем, что корпус каждой полумуфты со стороны упомянутой цилиндрической расточки снабжен примыкающей к ней дополнительной цилиндрической расточкой меньшего диаметра с образованием уступа, служащего опорой для другого торца пружины.