ЧЕТЫРЕХСЕКЦИОННЫЙ ПОГРУЖНОЙ БЛОК ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F15B13/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидравлическим распределителям с электромагнитным управлением, предназначенным для дистанционного управления потоками рабочей жидкости в системах гидравлики, и может быть использовано в гидравлических системах преимущественно забортного размещения в составе подводных аппаратов.

Уровень техники

Известны гидравлические распределители (гидравлическая аппаратура) стыкового и модульного монтажа (Свешников В.К. Станочные гидроприводы: справочник. М.: Машиностроение, 1995. с. 78-98, с. 143), в которых места стыка распределителей герметизируются уплотнительными элементами (резиновыми кольцами круглого сечения). Гидравлическое оборудование модульного или стыкового монтажа позволяют собрать блок из нескольких изделий, минимизировав количество трубопроводов. Однако использование монтажных плит совместно с уплотнительными кольцами и крепежными элементами увеличивает габариты собранного блока по сравнению с моноблочными конструкциями, а использование большого количества уплотнительных колец снижает надежность блока в целом.

Известны также моноблочные гидрораспределители (Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: справочник - М: Машиностроение, 1983. с. 135), представляющие собой набор гидрораспределителей собранных в одном корпусе. Недостатками указанных конструкций является необходимость использования корпусов точного литья с отлитыми внутренними каналами сложной геометрии, что значительно увеличивает стоимость изделия в условиях мелкосерийного (единичного) производства, к которому относится производство гидравлических распределителей погружного исполнения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является конструкция четырехлинейного трехпозиционного электрогидрораспределителя (патент на полезную модель РФ, RU 147343 U1), содержащий корпус с напорной и сливной линиями, двумя линиями подключения гидродвигателя, двумя цилиндрическими полостями, сообщающимися с напорной или сливной линиями, шариковые клапаны, установленные с возможностью переключения этих линий, и сопрягаемые с клапанами электромагниты, расположенный в центральной части корпуса плоский золотник с двумя отверстиями, выполненный с возможностью перемещения вдоль продольной оси, расположенные в цилиндрических полостях два гидротолкателя, уплотненные резиновыми кольцами и примыкающие к торцевым поверхностям золотника, на которые соосно установлены промежуточные втулки, уплотненные резиновыми кольцами, при этом в корпусе выполнено восемь расточек, которые соединены каналами попарно, две со сливной, две с напорной линиями и по две с линиями подключения гидродвигателя, при этом каждая линия подключения гидродвигателя соединена со сливной и напорной линиями с возможностью одновременного соединения одной из них с напорной, а второй со сливной линиями, в расточках со стороны напорной и сливной линий установлены притертые к плоскости золотника распределительные втулки с гидравлическим поджимом, уплотненные резиновыми кольцами, поджатые пружинами, отличающийся тем, что в расточках со стороны линий подключения гидродвигателя установлены притертые к плоскости золотника распределительные втулки с гидравлическим поджимом, уплотненные резиновыми кольцами, поджатые пружинами.

Недостатком данной конструкции является наличие притертых к плоскости золотника распределительных втулок с гидравлическим поджимом, уплотненных резиновыми кольцами и поджатых пружинами, которые создают дополнительное сопротивление при движении золотника электрогидрораспределителя. Как следствие повышается значение порогового давления в напорной полости, при котором возможно срабатывание распределителя, что также способствует преждевременному износу и возможному заклиниванию пар «золотник - прижимные втулки» при некорректно подобранных парах трения, выбор которых определяется условиями эксплуатации электрогидрораспределителя.

Для снижения величины порогового давления, при котором происходит срабатывание распределителя, необходимо применение гидротолкателей увеличенного диаметра, а также усиленных пружин, переводящих плоский золотник в исходное положение при обесточенных электромагнитных приводах. В зависимости от конструктивных решений наличие распределительных подпружиненных втулок создает трудности при установке золотника в процессе сборки электрогидрораспределителя.

Еще одним недостатком данной конструкции является использование шариковых клапанов. Шариковое уплотнение при своей дешевизне является не самым надежным и требует использования более мощных электромагнитных приводов для перемещения шарика и прижатия его ко второму седлу (дальнему от электромагнитного привода).

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является совершенствование конструкции блока электрогидравлического управления.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом является упрощение конструкции по сравнению с использованием распределителей стыкового (модульного) монтажа или моноблочных конструкций с литыми корпусами.

Для достижения технического результата предложен блок электрогидравлического управления погружной четырехсекционный, состоящий из верхнего и нижнего корпусов и выполненных в них каналах, напорных, рабочих и сливных полостей, отверстий для рабочих золотников, при этом четыре гидравлических распределителя функционально размещены в двух плоскопараллельных корпусах блока, стянутых между собой крепежными элементами, с герметизируемыми уплотнительными кольцами соединительными каналами, при этом в верхнем корпусе выполнены продольные каналы, соединяющие распределители с напорной и сливной магистралями, гнездами для подключения потребителей, а также золотниками и возвратными пружинами, при этом в нижнем корпусе размещены кабель-канал с проложенными кабелями от электромагнитных приводов пилотных клапанов к герметичной блочной вилке, пилотные клапаны и электромагнитные приводы, а также соединительные каналы от напорного канала в верхнем корпусе к пилотным клапанам и от пилотных клапанов к полостям гидроуправления и сливным полостям в верхнем корпусе, при этом четыре гидравлических распределителя содержат в себе выемные гильзы, соединяющиеся сквозными поперечными отверстиями с каналами в корпусе, с установленными в них золотниками круглого сечения, выполненными с зазором между наружной поверхностью золотника и внутренней поверхностью гильзы, разделяющими внутреннее пространство гильзы на три полости, а также пилотные двухседельные клапаны, седла которых выполнены с двух сторон одной детали и уплотняемые с одной стороны шариком, а с другой коническим золотником, прижимаемым к седлу через подпружиненный толкатель, связанный с якорем электромагнитного привода.

Четыре трехпозиционных четырехлинейных гидравлических распределителя с электромагнитным управлением, содержащих выемные гильзы, соединяющиеся сквозными поперечными отверстиями с каналами в корпусе, с установленными в них золотниками круглого сечения, выполненными с зазором между наружной поверхностью золотника и внутренней поверхностью гильзы, разделяющими внутреннее пространство гильзы на три полости, возвратные пружины, установленные в ограничительные стаканы, размещенные в расточках золотников, пилотные двухседельные клапаны, седла которых выполнены с двух сторон одной детали и уплотняемые с одной стороны шариком, а с другой коническим золотником, прижимаемым к седлу через подпружиненный толкатель, связанный с якорем электромагнитного привода, и электромагнитные приводы, состоящие из катушки, намотанной на металлический каркас, служащий одновременно магнитопроводом, стопа, фиксирующего седло пилотного клапана и ограничивающего перемещение якоря при подаче напряжения на катушку электромагнитного привода, и якоря, обеспечивающего перемещение толкателя при подаче напряжения на катушку, функционально размещенные в двух плоскопараллельных корпусах блока, стянутых крепежными элементами, с герметизируемыми уплотнительными кольцами соединительными каналами, в верхнем корпусе с размещенными в нем продольными каналами для соединения всех распределителей с напорной и сливной магистралями, гнездами для подключения потребителей, напорной и сливной магистралей, а также гильзами, золотниками, пружинами, ограничивающими стаканами, крышками и уплотнительными кольцами, осуществляющими разделение напорной и сливной полостей, полостей гидроуправления, полостей потребителей, образованных проточками в корпусе и гильзами с установленными золотниками и крышками, а также окружающей среды, и в нижнем корпусе, в котором размещены кабель-канал с проложенными токоведущими частями от электромагнитных приводов пилотных клапанов к герметичной блочной вилке, пилотные клапаны и электромагнитные приводы, а также соединительные каналы от напорного канала в верхнем корпусе к пилотным клапанам и от пилотных клапанов к полостям гидроуправления и сливным полостям в верхнем корпусе.

Функциональное разделение четырех распределителей на два связанных друг с другом блока - блока гидравлических распределителей и блока пилотных клапанов с одновременным использованием в блоке гидравлических распределителей золотников круглого сечения, установленных в выемные гильзы, а в блоке пилотных клапанов - золотников с конической уплотнительной поверхностью, позволяет снизить массогабаритные характеристики по сравнению с массогабаритными характеристиками четырех аналогичных распределителей модульного монтажа, соединенных между собой, или четырех распределителей, агрегированных в единый монолитный корпус, а также упростить изготовление блока в части выполнения соединительных каналов между полостями блока, а также самих полостей. Раздельное изготовление двух корпусов позволяет осуществить удаление незадействованного металла со всех сторон корпусов, что снижает его массу, а также упростить изготовление за счет упрощения конфигурации соединительных каналов.

Использование в каждом распределителе выемной гильзы, выполненной из стали с поверхностным упрочнением, совместно с золотником, прошедшим поверхностное упрочнение и подгонку под гильзу по наружному диаметру с обеспечением зазоров между двумя сопрягаемыми поверхностями гильзы и золотника, обеспечивает ремонтопригодность конструкции и удешевляет ее изготовление, а также повышает ресурсные показатели в части срабатываний распределителей. Использование выемных гильз позволяет выполнить рабочие полости в верхнем корпусе путем механической обработки - сверления продольных и поперечных каналов и расточки полостей, соосных с осями отверстий под установку гильз, исключая необходимость выполнения каналов сложной конфигурации с применением литья, а также выполнения операций по подгонке отверстий в корпусе под установку золотников с требуемым диаметральным зазором. При выполнении заводского ремонта достаточно заменить изношенную пару «золотник-гильза» на вновь изготовленную без необходимости выполнения механической обработки корпуса или нанесения на корпус гальванических покрытий для восстановления требуемых размеров сопрягающихся трущихся поверхностей.

Использование конических золотников в пилотных клапанах для перекрытия подачи давления из напорной полости в полость слива при подаче напряжения на катушку электромагнитного привода позволяет снизить усилия, которые необходимо создать электромагнитным приводом для прижатия золотника к седлу и обеспечения требуемой герметичности, что приводит к сокращению габаритных размеров электромагнитных приводов, а также к повышению ресурса уплотнения при правильно подобранных материалах сопрягаемых золотника и седла.

Использование золотников круглого сечения, подогнанных под внутренний диаметр гильзы и принудительно не прижимаемых к одной из сторон гильзы, значительно сокращает усилия, необходимые для перемещения золотника из нейтрального положения в одно из крайних и обратно по сравнению с усилиями, необходимыми для перемещения плоских золотников в электрогидравлических распределителях, аналогичных по характеристикам -давлению, номинальному диаметру и расходу рабочей жидкости. Золотники круглого сечения, рассчитанные на использование в электрогидравлических распределителях с номинальным диаметром 10 мм и более, имеют достаточную площадь поперечного сечения, чтобы исключить использование отдельных поршней в качестве гидротолкателей, что позволяет упростить конструкцию распределителя и сократить его габариты. Использование плоских золотников обязательно требует наличие гидротолкателей, выполненных отдельными поршнями, уплотняющимися резиновыми кольцами, лабиринтными уплотнениями или иными средствами. Размещение возвратных пружин внутри ограничительных стаканов, расположенных внутри гильз также способствует сокращению массогабаритных характеристик блока.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана принципиальная гидравлическая схема блока, а на фиг. 2 показан общий вид блока, где:

1 - верхний корпус;

2 - нижний корпус;

3 - напорный нипель;

4 - сливной нипель;

5 - блочная вилка;

6 - втулка;

7 - шарик;

8 - конический золотник;

9 - седло;

10 - толкатель;

11 - стоп;

12 - катушка;

13 - якорь;

14 - крышки;

15 - возвратные пружины;

16 - ограничительные стаканы;

17 - золотник;

18 - гильза;

19, 20 - нипели для подключения полостей распределителей к каналам потребителей;

«а» и «б» полости гидроуправления;

«в», «г» - полости потребителей;

«д» - полость напора;

«е», «ж», - полость слива;

«и» - полость

«к», «л», «м» и «н» - каналы.

На фигуре 3 представлен распределитель блока.

Осуществление изобретения

Блок электрогидравлического управления погружной

четырехсекционный, общий вид которого показан на фиг. 2 состоит из верхнего корпуса 1 и нижнего корпуса 2, в которых размещены четыре гидравлических распределителя (фиг. 3).

Внутри верхнего корпуса 1 размещены гидравлические распределители, а также полости гидравлического управления «а» и «б», полости потребителя «в» и «г», полость напора «д» и две соединенных между собой полости слива «е» и «ж». Дополнительно в корпусе 1 выполнены кольцевые проточки на торце, сопрягающимся с нижним корпусом 2, для соединения каналов в верхнем корпусе 1 с каналами в нижнем корпусе 2, а также для установки уплотнительных резиновых колец, герметизирующих соединительные проточки друг относительно друга и относительно окружающей среды. В нижнем корпусе 2 размещены пилотные клапаны с электромагнитными приводами, кабель-канал с уложенными в нем проводами от электромагнитных приводов к блочной вилке 5, а также каналы из полости верхнего корпуса 1 к пилотным клапанам «и» и от пилотных клапанов к полостям гидроуправления «к» и «л» к полостям слива «м» и «н».

К верхнему корпусу 1 присоединены напорный ниппель 4 и сливной ниппель 3, предназначенные для подключения к блоку трубопроводов системы гидравлики.

К нижнему корпусу 2 присоединена блочная вилка 5, предназначенная для электрического подключения электромагнитных приводов к электрическим цепям.

Внутри каждого из четырех гидравлических распределителей находится выемная гильза 18, золотник 17, возвратные пружины 15, ограничительные стаканы 16, крышки 14, ниппели 19 и 20 для подключения полостей распределителей к каналам потребителей, расположенных в полостях верхнего корпуса 1.

К каждому из четырех гидравлических распределителей присоединены два пилотных клапана на каждый распределитель, состоящих из седла 9, конического золотника 8, шарика 7, втулки 6, предотвращающей выпадение шарика 7 и толкателя 10, расположенных в полостях нижнего корпуса 2.

Для приведения каждого из четырех гидравлических распределителей в действие имеются два электромагнитных привода, состоящих из катушки 12, стопа 11 и якоря 13, расположенных в полостях нижнего корпуса 2.

При обесточенных электромагнитных приводах шарики 7 прижимаются под действием давления к уплотнительным поверхностям седел 9 со стороны полости «и». Конические золотники 8 отодвинуты от уплотнительных поверхностей седел 9. Полости гидроуправления «а» и «б» через каналы «к», «л», «м» и «н» соединяются со сливными полостями «е» и «ж». Золотники 17 при отсутствии разницы давлений в полостях гидроуправления «а» и «б» и под действием усилий, создаваемых возвратными пружинами 15, находятся в нейтральном положении, определяемом ограничительными стаканами 16, которые, упираясь в торцы гильзы 18, не дают сместиться золотнику 17 от нейтрального положения. В нейтральном положении золотника 17, полости слива «е» и «ж» через полости, образованные золотником 17 и гильзой 18, сообщаются с полостями потребителей «в» и «г» соответственно. Полость напора «д» сообщена только с полостью «и» и разобщена с остальными полостями.

При подаче напряжения на одну из катушек 12 (например, правую) якорь 13 под действием возникающих электромагнитных сил перемещается к стопу 11, передавая при этом свое движение через толкатель 10 золотнику 8, который прижимается к уплотнительной поверхности седла 9 и отодвигает шарик 7, открывая тем самым подачу давления из напорной полости «д» в полость гидроуправления над катушкой 12, находящейся под напряжением (в рассматриваемом случае в полость «б»). Под действием разности давлений, возникших в полостях гидроуправления «а» и «б», золотник 17 перемещается в сторону противоположной, обесточенной катушки 12. При перемещении золотника 17 относительно гильзы 18 происходит разъединение полости одного из потребителей с полостью слива и соединение полости этого потребителя с полостью напора, при этом полость второго потребителя остается сообщающейся с полостью слива (в рассматриваемом случае полость «в» сообщается с полостью «д», разобщаясь при этом с полостью «е», а полость «г» остается сообщенной с полостью «ж»). Пружина 15, находящаяся в полости гидроуправления, сообщающейся с полостью слива (в рассматриваемом случае пружина в полости «а»), сжимается, а противоположная пружина остается в установочном положении за счет отсутствия перемещения ограничительного стакана 16.

При снятии напряжения с катушки 12 электромагнитного привода шарик 7 под действием давления в напорной полости прижимается к уплотнительной поверхности седла 9, отодвигая при этом золотник 8 и перекрывая подачу давления из напорной полости в полость гидроуправления (в рассматриваемом случае в полость «б»). При этом при перемещении золотника 8 от седла 9 происходит сообщение полости гидроуправления с полостью слива. Давление в обеих полостях гидроуправления выравнивается, золотник 17 под действием поджатой пружины 15 возвращается в исходное положение, отсекая полость потребителя от полости напора и сообщая ее с полостью слива (в рассматриваемом варианте полость «в» отсекается от полости «д» и сообщается с полостью «е»).

Отказ от использования модульных распределителей в конструкции блока позволил сократить расстояние между катушками 12 и, как следствие, линейную длину блока. Предложенное использование верхнего и нижнего корпусов 1 и 2 с каналами «к», «л», «м» и «н» позволило упростить изготовление корпусов в части выполнения каналов, а также сократить высоту и ширину блока.

Использование единого моноблока позволило сократить расстояние между электромагнитными приводами и как следствие линейную длину корпуса.

Блок был разработан для применения в составе подводного аппарата в разгруженной забортной системе гидравлики. Наружные детали блока, контактирующие с окружающей средой, выполнены из титановых сплавов, обеспечивающих отсутствие коррозии и продолжительный срок службы в пресной и морской воде. В корпусе блока на верхней и нижней плоскостях выполнены обнижения различной формы, обеспечивающие одновременно прочность конструкции и снижение массы блока. В качестве блочной вилки используется герметичный электрический разъем, предназначенный для эксплуатации в морской воде.

Блок также может использоваться в среде окружающего воздуха в любой системе гидравлики, при этом может изготавливаться из стали различных марок в зависимости от условий эксплуатации.

Рекомендуемые рабочие среды блока - масла и другие неэлектропроводные жидкости для систем гидравлики.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к гидравлическим распределителям с электромагнитным управлением, предназначенным для дистанционного управления потоками рабочей жидкости в системах гидравлики. Техническим результатом является упрощение конструкции по сравнению с использованием распределителей стыкового (модульного) монтажа или моноблочных конструкций с литыми корпусами. Предложен блок электрогидравлического управления погружной четырехсекционный, состоящий из верхнего и нижнего корпусов и выполненных в них каналах, напорных, рабочих и сливных полостей, отверстий для рабочих золотников. Четыре гидравлических распределителя функционально размещены в двух плоскопараллельных корпусах блока, стянутых между собой крепежными элементами, с герметизируемыми уплотнительными кольцами соединительными каналами, при этом в верхнем корпусе выполнены продольные каналы, соединяющие распределители с напорной и сливной магистралями, гнезда для подключения потребителей, а также золотники и возвратные пружины, при этом в нижнем корпусе размещены кабель-канал с проложенными кабелями от электромагнитных приводов пилотных клапанов к герметичной блочной вилке, пилотные клапаны и электромагнитные приводы, а также соединительные каналы от напорного канала в верхнем корпусе к пилотным клапанам и от пилотных клапанов к полостям гидроуправления и сливным полостям в верхнем корпусе. Четыре гидравлических распределителя содержат в себе выемные гильзы, соединяющиеся сквозными поперечными отверстиями с каналами в корпусе, с установленными в них золотниками круглого сечения, выполненными с зазором между наружной поверхностью золотника и внутренней поверхностью гильзы, разделяющими внутреннее пространство гильзы на три полости, а также пилотные двухседельные клапаны, седла которых выполнены с двух сторон одной детали и уплотняемые с одной стороны шариком, а с другой коническим золотником, прижимаемым к седлу через подпружиненный толкатель, связанный с якорем электромагнитного привода. 3 ил.

Четырехсекционный погружной блок электрогидравлического управления, состоящий из верхнего и нижнего корпусов и выполненных в них каналах, напорных, рабочих и сливных полостей, отверстий для рабочих золотников, отличающийся тем, что четыре гидравлических распределителя функционально размещены в двух плоскопараллельных корпусах блока, стянутых между собой крепежными элементами, с герметизируемыми уплотнительными кольцами соединительными каналами, при этом в верхнем корпусе выполнены продольные каналы, соединяющие распределители с напорной и сливной магистралями, гнезда для подключения потребителей, а также золотники и возвратные пружины, при этом в нижнем корпусе размещены кабель-канал с проложенными кабелями от электромагнитных приводов пилотных клапанов к герметичной блочной вилке, пилотные клапаны и электромагнитные приводы, а также соединительные каналы от напорного канала в верхнем корпусе к пилотным клапанам и от пилотных клапанов к полостям гидроуправления и сливным полостям в верхнем корпусе, а также тем, что четыре гидравлических распределителя содержат в себе выемные гильзы, соединяющиеся сквозными поперечными отверстиями с каналами в корпусе, с установленными в них золотниками круглого сечения, выполненными с зазором между наружной поверхностью золотника и внутренней поверхностью гильзы, разделяющими внутреннее пространство гильзы на три полости, а также пилотные двухседельные клапаны, седла которых выполнены с двух сторон одной детали и уплотняемые с одной стороны шариком, а с другой коническим золотником, прижимаемым к седлу через подпружиненный толкатель, связанный с якорем электромагнитного привода.