Гидравлическое импульсное управляющее устройство Советский патент 1979 года по МПК G06D1/00 G05B11/60 

(54) ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

I

Изобретение относится к группе золотниковы.ч приборов широкого назначения. Гидравлическое импульсное управляющее устройство может использоваться для построения систем гидроавтоматики и в качестве отдельного управляющего устройства с различными способами импульсного переключения: по концевым упорам, внещними управляющими сигналами, по уровню давления в одну сторону, по выдержке времени в другую сторону. При установке малой выдержки времени обратного хода самопереключение устройства по уровню давления в одну сторону и по выдержке времени в другую сторону переводит систему (например, гидропривод) на вибрационный режим работы.

Известны устройства, переключаемые внещними импульсами давления 1.

Недостатком таких устройств является узкая область применения, обусловленная только одним способом переключения - внещними импульсами давления.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению является гидравлическое импульсное управляющее устройство 2, содержащее два переключающих золотника с

пружинами, второй, из которых выполнен дифференциальным, и управляющий золотник. Полости золотников подключены к напорному каналу и каналу слива.

Однако такое устройство не может быть применено в технологических устройствах, где необходима гидроавтоматика с большей гибкостью управления, в том числе с самопереключением на вибрационный режим.

Целью изобретения является расщирение области применения устройства.

Эта цель достигается тем, что в предложенном устройстве напорный канал соединен с крайней со стороны пружины полостью первого переключающего золотника, средняя полость которого соединена с полостью пружины второго переключающего золотника. Выходная полость больщего диаметра второго переключающего золотника соединена с одним из выходных каналов, а вторая выходная полость больщего диаметра второго переключающего золотника и другая крайняя полость первого переключающего золотника подключены к каналу слива. Выходная полость меньщего диаметра второго переключающего золотника соединена С ОДНОЙ изполостей управляющего золотника, другая полость которого подключена к торцовой полости первого переключающего золотника. Кроме того, для запирания первого выходного .канала в одном из устойчивых положений устройства в нем,во втором переключающем золотнике со стороны торцовой полости большего диаметра, соединенной с напорным каналом, установлен вспо.могательный золотник с пружиной и двумя кольцевыми полостями, одна из которых под-ключена к средней полости первого пере: ключающего золотника, а другая - к другому выходному каналу устройства. Полость пружины вспомогательного золотника соединена с одним из выходных каналов устройства. В золотниковой втулке второго переключающего золотника .со стороны торцовой полости больщего диаметра выполнены дополнительные кольцевые полости, одна из которыхсоединена с напорным каналом, а другая - с полостью пружины второго переключающего золотника и другим выходным каналом, и установлен плунжер с пружиной, в котором выполнены соединенные друг с другом осевое и радиальное отверстия. Осевое отверстие подключено к торцовой полости больщего диаметра второго переключающего золотника, а радиальные отверстия - к другой дополнительной кольцевой полости второго переключающего золотника, полость пружины плунжера которого соединена с импульсным каналом управления.. На фиг. 1 дана схема основной переклю; чающей части устройства; на фиг. 2 - схема устройства с дополнительным вспо Ж6га ЖнЬ1 У1 зоЛЬтнйкомДля 3апйрания одного выходного канала во втором устойчивом положении; на-фиг. 3 - схема устрой ства с дополнительным плунжером и имцульсНЫм управляющим входом для создания третьего, нейтрального положения; на фиг. 4- схема устройства с двумя управляющими золотниками для двухпозиционного автоматического и ручного управления гидроприводом; на фиг. 5 - схема устройства (по фиг.З) с двумя управляющими золотниками и золотником выдержки времени для расщирения функций трехнозиционного управления и выполнения вибрационного режима. Основная переключающая часть устройства (см. фиг. 1) содержит два переключаю.щих золотника 1 и 2 с пружинами 3 и 4, управляющий золотник 5, напорный канал 6, канал слива 7, выходные 8 .и 9 и управляющие 10 и 11 каналы. Переключающий золотник 1 выполнен с Двумй головками одинакового диаметра, дифференциальный переключающий золотник 2 выполнен с двумя головками разного диаметра. В золотниковых втулках выполнены напорные 12 и 13, сливные 14 и 15, Средняя 16, выходные 17 и 18 и вспомогательные 19 и 20 полости. Средняя полость 16 золотника 1 соединена с выходным каналом Вис торцовой полостью 21 золотника 2, в которой расположена пружина 4. Торцовая полость 22 золотника-2 соединена с напорным каналом 6, выходная полость 17 - с выходным каналом 9. Полость 18 соединена с каналом 23, с полостью 20 золотника 5, а полость 19 с помощью канала 24 соединена с торцовой полостью 25 золотника 1. Управляющие каналы 10 и 11 подсоединены соответственно к торцовой полости 26 золотника 5 и к торцовой полости 27 золотника 1, в которой расположена пружина 3. В устройстве, показанном на фиг. 2, в золотниковой втулке золотника 2 в удлиненной торцовой полости большего диаметра дополнительно установлен вспомогательный золотник 28 с пружиной 29 и выполнет ны две кольцевые полости 30 и 31. Полость 30 соединена со средней полостью 16 золотника 1, полость 31 - с выходным каналом 8, а полость пружины 29 - с выходным каналом 9. Устройство, показанное на фиг. 2, содержит управляющий золотник 32, золотник I выполнен со щтоком, а золотник 5 отсутствует. При этом канал 23 соединен с полостью 25 золотника 1 (помимо золотника 5). В устройстве, показанном на фиг. 3, в золотниковой втулке золотника 2 в удлиненной торцовой полости больщего диаметра дополнительно установлен вспомогательный плунжер 33 с пружиной 34 и выполнены две кольцевые полости 35 и 36. Полость 35 соединена с напорным каналом 6, полость 36 - с выходным каналом 9. В плунжере 33 выполнены осевое и радиальное отверстия, соединенные друг с другом. Осевое отверстие сообщается с торцовой полостью 22, радиальные отверстия подключаются к полости 36 в исходном положении плунжера. Полость пружины 34 соединена с импульсным управляющим каналом 37. В качестве управляющего золотника в устройстве, показанном на фиг. 3, применен трехпозиционный золотник 38, с помощью которого за счет соединения канала 24 и соответственно торцовой полости 25 золотника 1 или с напорным каналом или с каналом слива обеспечивается управление двумя устойчивыми положениями устройства по одному управляющему каналу. В предложенном устройстве (во всех вариантах) золотник 2 является чувствительным органом по давлению рабочей жидкости. При наличии давления жидкости в обоих торцовых полостях (21 и 22) золотник 2 при нормальном рабочем давлении удерживается в правом положении. Усилие пружины 4 рассчитывают по верхнему уровню давления жидкости ha разность усилий, создаваемых давлением жидкости на торцы золотника. Регулировкой натяжения пружины изменяют уровень давления, при котором золотник 2 срабатывает (перемещается влево) , когда усилие от давления жидкости на правый торец сравнивается с суммарным усилием на левый торец, создаваемым давлением и усилием пружины 4 и начинает превышать его.

Рабочие режимы золотника 2 и данного устройства соответственно ограничены его верхним уровнем срабатывания при .действии давления жидкости на оба торца и нижним уровнем его работоспособности, когда давление жидкости при действии только на правый торец не может преодолеть усилия одной пружины 4 без давления жидкости в ее полости.

Изменение внешних условий и состояния рабочей среды (температуры, вязкости, расхода жидкости) в данном устройстве, как и в других гидроприборах импульсного действия, работающих по триггерному принципу, на точность срабатывания по уровнр давления не влияет.

Между золотниками 1 и 2 выполнены положительные обратные связи: от золотника 1 к золотнику 2 путем соединения полости 16 золотника 1 с торцовой полостью 21 золотника 2, от золотника 2 к золотнику 1 путем соединения полости 18 золотника 2 с торцовой полостью 25 золотника 1.

Благодаря положительным обратным связям золотники и 2 при наличии давления жидкости не могут находиться в одинаковых положениях и расположены один в правом положении, другой в левом. При переключении одного золотника другой зо.лотник переключается в обратную сторону. Начавшееся переключение устройства, если переключаемый золотник переходит в свое среднее положение, доводится до конца с помощью положительной обратной связи даже при исчезновении уровня давлеийя или управляющего импульса давления, по которому началось переключение. В этом случае другой золотник переключается от первого и , в свою очередь, способствует переключению первого золотника до конца.

В целом из двух золотников 1 и 2 с помощью положительных обратных связей создается единое функциональное звено (устройство) с импульснь1м переключением.

На чертежах устройство показано в исходном положении при отсутствии давления жидкости в системе.

При подаче жидкости под давлением в двухпозиционном устройстве (см. фиг. 1, 2 и 4) золотник 2 под действием давления в полости 22 перемещается влево, золотник 1 остается в правом положении, и в устройстве са1У1оустанавливается предохранительное, нерабочее положение обратного хода (второе устойчивое положение). В трехпозиционном устройстве (см. фиг. 1 и 5) при подаче жидкости под давлением все золотники остаются в исходном нейтральном положении (третье устойчивое положение).

В рабочее (первое устойчивое положение) устройство переключается импульсом давления по управляющему каналу (фиг. 1) непосредственным перемещением влево золотника 1 (фиг. 2) или перемещением влево золотника 38 (фиг. 3). Под действием дав0 ления в полости 25 золотник 1 перемещается влево, полость 16 соединяется с напором, давление проходит в выходной канал 8 и в торцовую полость 21 золотника 2. Под дейст вием давления жидкости и усилия пружины . 4 золотник 2 перемещается вправо., выходная полость 18 соединяется с напором, а полость 17 и выходной канал 9 - со сливом. При этом подача управляющего воздействия должна быть прекращена, золотник 5 или 38 возвращается в, исходное положение и соединяет полость 18 золотника 2 с торцовой полостью 25 золотника 1. Далее золотник 1 удерживается в левом положении давлением жидкости в полости 25, а золотник 2 - в правом положении давлением жидкости в полости 21 и усилием пру живы 4 (первое устойчивое положение устройства). Пока давление жидкости находится в пределах рабочего диапазона, первое устойчивое положение устройства сохраняется.

0 При возрастании давления, когда усилие от давления жидкости на правый торец золотника 2 начинает превыщать суммарное усилие от пружины 4 и давления жидкости на левый торец, золотник 2 перемещается влево, полость 17 и выходной канал 9 соеS диняются с напорным каналом, а полость 18 - с каналом слива. Под воздействием пружины 3 золотник 1 перемещается вправо, полость 16, выходной канал 8 и торцовая полость 21 золотника 2 соединяются с канаи лом слива. Далее золотник 2 удерживается в левом положении давлением в его торцовой полости 22, а золотник 1 - в правом положении.

Из второго устойчивого положения устройство переключается в первое положение только внешним управляющим воздействием, как описано выше.

Из первого во второе положение (кроме автоматического переключения по верхнему уровню давления) устройство переключается ,

также импульсом давления, подаваемым в полость 27 по каналу 11 от гидросистемы (см. фиг. 1), или от золотника 32 (см. фиг. 2), или путем соединения полости 25 с каналом слива при перемещении вправо плунжера

33 (см. фиг. 3). После перемещения золотника 1 вправо золотник 2 перемещается влево.

Б устройстве, показанном на фиг. 2, при

переключении во второе положение давление жп.(КОСТИ из выходного канала 9 передается в иолость пружины 29 и совместно с усилием пружины перемещает вспомогательный золотник 28 влево. При этом выходпой каиал 8 запирается (прекращение подачи жидкости, или предохранительное положение с запертым каналом). Работа трехпозиционного устройства, показанного на фиг. 3, отличается от работы устройства, показанного на фиг. 1, только в начальный момент при пуске из нейтрального положения и при установке нейтрального положения. Из нейтрального положения (исходное положение, показанное на фиг. 3).устройство переключается тоотько в первое устойчивое положение кратковременным перемещением золотника 38 влево. Давление жидкости передается в торцовую полость 25, золотник 1 перемещается влево, полость 16, выходной канал 8 и полость ,21 и 36 соединяются с напорным каналом, через отверстия в плунжере 33 давление перелается в полость 22 золотника 2. При этом золотник 2 остается в правом положении, так как давление жидкости после включения устройства находится в пределах рабочего диапазона. Но вспомогательный плунжер 33 перемещается вправо, где он удерживается давлением, переданным из напорного канала 6 в полЪсть 35, которая выходит за левый торец плунжера, а полость 36 запирается. Это положение плунжера 33 не препятствует переключениям золотников 1 и 2. Во второе устойчивое положение з;олотники 1 и 2 могут переключаться по уровню давления или с помощью золотника 38 при перемещении его вправо. Устройство многократно переключается из первого во второе положение и обратно, минуя- нейтральное положение. В третье (нейтральное) положение устройство переключается из второго положения внещпим импульсом давления, подаваемым по управляющему каналу 37. Под действием давления жидкости и усилия пружины 34 плунжер 33 перемещается влево и запирает полость 35, а радиальные отверстия в плунжере соединяются с полостью 36, которая во втором положении устройства соединена с каналом слива. Давление в полости 22 пропадает, золотник 2 перемещается вправо, а полость 17 и выходной капал 9 соединяются с каналом слива. При этом подачу управляющего импульса давления по каналу 37 можно прекратить. Далее устройство сохраняет нейтральное положение (см. фиг. 3), в котором напорные полости 12, 13 и 35 заперты, а все остальные полости золотников 1 и 2, в том числе торцовые и выходные каналы 8 и 9 соединены со сливом 39.. Для переключения устройства в нейтральное положение из первого положения подают сигнал на переключение устройства во второе положение (золотник 38 в правом положении). После этого включают подачу управляющего сигнала по каналу 37. Включение нейтрального положения может начинаться еще до окончания переключения устройства во второе положение. Простейший вариант устройства (см. фиг. 1) может быть применен в системах гидроавтоматики, например в системах с переменной структурой. Устройство, показанное на фиг. 2, может быть использовано автономно с ручным переключением от электромагнитов, механическим от концевых упоров и автоматическим по уровню давления жидкости, например, для подачи жидкости в резервуары, реакторы с автоматическим запиранием подачи по уровню давления (по заполнении емкости). Устройство, показанное на фиг. 3, может быть применено в системах гидроавтоматики и в качестве отдельного управляющего устройства. Три рабочих положения с переключением первого и второго положений (минуя нейтральное) и автоматическое переключение по уровню давления, позволяют использовать устройство в различных гидросистемах, мащинах и гидропрессах.. Все варианты устройства благодаря импульсному переключению пригодны и наиболее эффективны для дистанционного и программного управления. При этом уменьщаются электромагниты золотников, упрощается управляющая система, исключаются электромагнитные реле, вместо которых могут работать полупроводниковые приборы, выдерживающие импульсные токи. На фиг. 4 показано устройство, применяемое для двухпозиционного управления гидроприводом, например, гидропресса-автомата, в котором рабочий ход включается золотником 40, а для включения обратного хода и остановки привода в одном и другом крайних положениях служит трехпозицнонный золотник 41. При среднем положении золотника 41 (как показано на фиг. 4) гидропривод может работать в автоматическом реверсивном режиме с переключением на рабочий ход от концевого упора (золотник ЧО) и на обратный ход по верхнему уровню давления жидкости (установленному усилию прессования). На фиг. 5 показано устройство, применяемое для трехпозиционного управления. При такой схеме в устройстве, показанном на фиг. 3, дополнительно установлены золотник 42 для импульсного включения нейтрального положения, золотник 43 с дросселем 44 для выдержки времени обратного хода и трехпозиционный гидрораспределитель с запертыми в нейтральном положении каналами. По выдержке времени гидропривод переключается с обратного на рабочий ход. дросселем 44 регулируется длина обратного хода применительно к конкретной работе. При коротком обратном ходе создается вибрационный режим работы. В последнем случае переключение на длительный полный обратный ход должно выполняться золотником 38. Гидрораспределитель необходим только для остановки привода в любом положении с запертыми каналами. Если допускается остановка гидропривода только в крайних положениях и нейтральном положении с каналами, соединенными с каналом слива, то гидрораспределитель не требуется и в качестве распределителя работает само управляющее устройство (золотники 1 и 2, выходные каналы 8 и 9). Устройства для трехпозиционного управления (фиг. 3 и 5) обладают широкими функциональными возможностями и гибкостью управления ручного, от упоров, дистанционного, программного, по уровню давления и выдерж,ке времени. При этом устройство может также работать в вибрационном режиме с автоматическим включением виброрежима по уровню давления (максимальному усилию), что может послужить основой для создания новых рабочих органов и технологических процессов. Формула изобретения 1. Гидравлическое импульсное управляющее устройство, содержащее два переключающих золотника с пружинами, второй из которых выполнен дифференциальным, и управляющий золотник, полости которых подключены к напорному каналу и каналу слива, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в нем напорный канал соединен с крайней со стороны пружины полостью первого переключающего золотника, средняя полость которого соединена с полостью пружины второго переключающего золотника, выходная полость большего диаметра второго переключающего золотника соединена с одним из вьгходных кайалов, а вторая выходная полость большего диаметра второго переключающего золотника и другая крайняя полость первого переключающего золотника подключены к каналу слива, выходная полость меньшего диаметра второго переключающего золотника соединена с одной из полостей управляющего золотника, другая полость которого подключена к торцовой полости первого переключающего золотника. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что во втором переключающем золотнике со стороны торцовой полости большего диаметра, соединенной с напорным каналом, установлен вспомогательный золотник с пружиной и двумя кольцевыми полостями, одна из которых подключена к средней полости первого переключающего золотника, а другая - к другому выходному каналу устройства, причем полость пружины вспомогательного золотника соединена с одним из выходных каналов устройства. 3.Устройство по п. 1, отличающееся: те, что в золотниковой втулке второго переключаюшего золотника со стороны торцовой полости большего диаметра вьЕполнены дополнительные кольцевые полости, одна из которых соединена с напорным каналом, а другая .- с полостью пружины второго переключающего золотника и другим выходным каналом, и установлен плунжер с пружиной, в котором выполнены соединенные друг с другом осевое и радиальные отверстия, причем осевое отверстие подключено к торцовой полости большего диаметра второго переключающего золотника, а радиальные отверстия - к другой дополнительной кольцевой полости второго переключающего золотника, полость ггружины плунжера коорого соединена с импульсным каналом правления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 249755, кл. G 06 D 1/00, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР 359635, кл. G.,05 В 11/60, 1970.