ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ КАРТРИДЖНЫЙ КЛАПАН С ПИЛОТНЫМ ЭЛЕКТРОУПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2019 года по МПК F15B13/43 

Изобретение относится к элементам гидравлических цепей с подвижными частями и может применяться в качестве элемента управления рабочих исполнительных органов подвижных транспортных средств. Клапан состоит из гильзы, золотника, корпуса, затвора, дросселя, пружины, стопорного кольца, электромагнита, электрической катушки, гайки, фторопластовых и резиновых колец. Изделие имеет картриджное исполнение и монтируется в корпус гидравлической системы, соединяя управляющую полость с линией подачи или с линией слива. Технический результат заключается в уменьшении массово-габаритных характеристик, увеличении ресурса изделия, улучшении линейности перепадных и расходных характеристик, а также возможности дистанционного управления гидроаппаратурой при высоком давлении.

Известен пропорциональный клапан управления фрикционами гидромеханической передачи, включающий расположенные соосно две ступени – регулятор давления и регулятор-распределитель основного потока. Изобретение содержит корпус, электромагнит, два клапанных распределителя, а так же два дросселя: дроссель камеры регулирования давления, выполненный в корпусе затворного элемента, и межкамерный дроссель, установленный между камерой регулирования давления и камерой управления регулятора-распределителя. Шариковый затвор установлен в клапанной камере корпуса затворного элемента с радиальным зазором, характерным для прецизионной пары. Толкатель пропорционального электромагнита установлен в отверстие корпуса электромагнита с радиальным зазором, характерным для прецизионной пары; торцовая поверхность опорной головки, контактирующая с якорем электромагнита, имеет сферическую форму, на цилиндрической поверхности стержня выполнены продольные пазы, сообщающие полость якоря электромагнита с портом слива рабочей жидкости (RU 2624926, 11.04.2016).

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- имеет модульное исполнение, в связи с чем обладает достаточно большими габаритами,

- имеет в своей конструкции большое количество деталей, что повышает трудоемкость изготовления, а так же повышает вероятность отказа изделия при эксплуатации.

Также известен клапан картриджный пропорциональный с электроуправлением, корпус которого изготовлен неразборным (цельным) вместе с полюсом и магнитопроводом. Изделие имеет золотник и встроенный в него пилотный каскад, который пропорционально перемещаясь, соответственно управляет основным золотником. (US 6021997, 08.02.2000).

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- корпус изготовлен неразборным совместно с полюсом и магнитопроводом, что увеличивает трудоемкость его изготовления и снижает ремонтопригодность,

- затвор пилотного каскада имеет предварительное поджатие пружиной, что уменьшает линейность характеристики изделия,

- площадь соприкосновения пилотного каскада достаточно велика, что приводит к повышенному трению в золотниковом распределителе,

- имеет возможность управлять только одной полостью.

Также известен клапан картриджный пропорциональный с непосредственным управлением. Изделие состоит из гильзы, золотника, электромагнита, втулки и пружины. В данном случае происходит непосредственное управление золотником, который в свою очередь соединяет линию подачи с одной полостью либо, при переключении, с другой. (US 9733651 B2, 15.08.2017).

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- при непосредственном управлении золотником увеличивается зона нечувствительности, ухудшается характеристика нелинейности клапана, а так же уменьшается диапазон регулировки.

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявленному техническому решению по совокупности признаков и достигаемому эффекту является картриджный клапан с пропорциональным электромагнитным управлением, содержащий корпус, гильзу, седло, электромагнит, затвор (шарик), две пружины и золотник, подпружиненный к седлу (US 8662109 B2, 04.03.2014) (прототип). В исходном состоянии золотник изделия поджат к седлу при помощи пружины. Затвор пилотного каскада так же поджат к седлу при помощи пружины. При подаче рабочей жидкости в линию подачи, она так же попадает в линию управления в пилотный каскад. Затвор пилотного каскада управляется электромагнитом и пропорционально изменяя зазор затвор-седло мы можем пропорционально управлять основным золотником и переключать поток рабочей жидкости из одной полости в другую.

Известное устройство имеет следующие недостатки:

- затвор пилотного каскада (шарик) поджат пружиной, что не позволит достичь высокой линейности характеристики клапана,

- гильза клапана имеет слишком сложную конструкцию, что делает ее достаточно трудоемкой в изготовлении,

- имеет фланцевое крепление картриджа, что увеличивает трудоемкость выполнения посадочного места, а так же увеличивает его размеры (по сравнению с резьбовым).

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются:

- уменьшение массово-габаритных характеристик,

- работоспособность при высоких давлениях,

- полное открытие золотника при работе в оба направления,

- снижение трудоемкости изготовления изделия,

- повышенный ресурс работы и надежности изделия,

- улучшение линейности характеристики изделия.

Это достигается тем, что в отличие от известных технологических решений, в конструкции применяется пилотный каскад управления, состоящий из корпуса, микродросселя и затвора. Для обеспечения хорошей линейности расходной и перепадной характеристик, затвор пилотного каскада выполнен в форме цилиндрического золотника с конусом 60 градусов на конце и перемещающегося в одну сторону только за счёт толкателя электромагнита, а в другую за счет перепада давления. Пилотный каскад не имеет в своем составе пружинных элементов. Подачей управляющего сигнала, толкатель электромагнита перемещает затвор, который изменяет зазор дроссель-затвор и тем самым изменяя давление в полости Н (см. Рис. 1) управляет основным золотником.

Использование пилотного затвора с электроуправлением позволяет применять предлагаемое изобретение в гидравлических системах, где необходима высокая герметичность, имеются требования по линейности перепадной характеристики и по работе на высоких давлениях (до 300 кгс/см²).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом (см. Рис.1), на котором изображена схема пропорционального картриджного клапана с пилотным электроуправлением. На рис.2 представлена схема гидравлическая клапана.

Пропорциональный картриджный клапан с пилотным электроуправлением содержит:

- корпус (1) пилотного каскада,

- гильзу (2),

- золотник (3),

- пружину (4),

- стопорное кольцо (5),

- затвор (6),

- дроссель (7),

- кольцо уплотнительное (8),

- гайку (9),

- электромагнит (11).

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии золотник 3 поджат к стопорному кольцу 5 за счет действия пружины 4; затвор 6 находится в разгруженном состоянии. При подаче давления в полость П1 (без подачи электрического сигнала), золотник 3, под действием давления перемещается и соединяет линию П1 с линией П3. Данное перемещение обусловлено тем, что жидкость свободно истекает через отверстие-дроссель в дросселе 7 и попадает в полость П3 через пилотный каскад, в связи с чем давление в Полости Н меньше давления в полости П1.

При подаче электрического сигнала в обмотку катушки электромагнита 11, толкатель 10 начинает перемещаться пропорционально входному электрическому сигналу, воздействуя на затвор 6 и изменяя расстояние между затвором 6 и дросселем 7. При полностью закрытом затворе (плотно поджат к дросселю), давление в полости Н становится практически равным давлению в полости П1. Любую незначительную разницу давлений компенсирует усилие пружины 4, подобранную соответствующе. При плавном перемещении затвора 6 (уменьшении зазора затвор-дроссель), давление в полости Н начинает увеличиваться и пружина 4 плавно возвращает золотник 3 в исходное положение (двигает к стопорному кольцу 5), соединяя полости П1 и П2. Гильза 2 выполнена в виде цилиндрического картриджа с резьбовым соединением.

Все вышеуказанные показатели подтверждены путем изготовления опытных образцов и проведением экспериментов.

Клапан предназначен для управления потоком рабочей жидкости в гидроподвеске автомобиля. Клапан состоит из гильзы (2), куда установлен золотник (3), поджатый пружиной (4) к стопорному кольцу (5). С другой стороны в гильзу (2) установлен дроссель (7) через уплотнительное кольцо (8), который поджимается корпусом пилотного каскада (1). В корпусе (1) выполнено отверстие под затвор (6), выполненный в виде цилиндрического золотника, который управляется электромагнитом (11). Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных характеристик, увеличении ресурса изделия, улучшении линейности перепадных и расходных характеристик, а также возможности дистанционного управления гидроаппаратурой при высоком давлении. 2 ил.

Пропорциональный картриджный клапан с пилотным электроуправлением, состоящий из гильзы, золотника, корпуса пилотного каскада, затвора, дросселя, стопорного кольца, пружины, электромагнита, гайки и резиновых уплотнительных колец, имеющий пилотное управление, отличающийся тем, что имеет в качестве управляющего элемента пилотного каскада цилиндрический золотник, не имеющий предварительного поджатия пружиной к дросселю.