Логический элемент для гидравлических и пневматических цепей Советский патент 1980 года по МПК F15C3/02 

t

Ивобретение относится к конструктивным элементам пневматических и гидравлических систем, в частности к логическим дискретным элементам с дроссельньоми клапанами золотникового типа.

Известны дискретные пневматические и гидравлические конструктивные элементы релейного действия, предназначенные для выполнения как чисто логических операций с гидрои пневматическими входами и выходами, так и для реализации функции различных дискретных приборов типа кнопок, индикаторов и т.д. Г| .

Недостатком этих элементов является сложность разработки разветвленных систем, требующих ocytiiecTвления большЬго числа.межзлементных соединений. Кроме того, образованные на базе релейных элементов дискретные устройства в различных системах характеризуются весьма ограниченным составом и коммутационными возможностями, что затрудняет разработку систем управления и ограничивает возможность их применения.

Наиболее близким к .предлагаемо.му по технической сущности и достнг.

гаемому результату является гидрав-лический логический элемент, реализующий функцию И и НЕ, содержащий помещенный в корпусе золотник, к

5 тому же золотник имеет ассимметричкую проточку и каналы, расположенные а корпусе так, что центральный канал подсоединен к сбросовому каналу при помощи двух каналов, пересекаемых золотником и равноудаленных от центрального канала на величину хода золотника 2 .

Однако логический элемент не обеспечивает механическое образование

15 всех монтажных соединений, которые могут возникнуть в сложных логических схемах, а именно механически не образуются связи типа выход-вход и размножение входа и выхода. Эти

20 соединения необходимо выполнять при помощи внешнего мюнтажа.

Кроме того, при образовании блоков, имеющих наряду с гидравлическими или пневматическими входами и выходами также механические и электрические входы и выходы, неизменность положения магистралей вход, выход и подпор является препятствием для создания такого рода приборов, так

30 как рациональные схемы компановки

требуют различного расположения указанных магистралей.

Цель изобретения - устранение указанных недостатко.в.

Цель достигается тем, что в корпусе выполнены размещенные по обе стороны от золотника вертикальные каналы, которые могут подключаться к горизонтальному каналу. Вертикальные каналы равноудалёны ; от .плоскости, нормальной к оси перемещения золотника и проходящей через центральный канал на величину L 2S-hmd, где S - ход золотника;,

d - диаметр отверстий, соединяющих вертикальные каналы с золотниковой полостью; m - коэффициент перекрытия отверстий, соединяющих вертикальные каналы с золотм исовой полостью, причем .

На фиг. 1 изображена схема логичекого элемента; на фиг. 2 - модификация схемы логического элемента - повторитель с левым входом; на фиг. 3 модификация схемы логического элемента - отрицание с левым входом; на фиг. 4 - модификация схемы логического элемента - повторитель с правым входом; на фиг. -5 - модификация схемы логического элемента - отрицание с правым входом; на фиг. б - модификация схемы логического элемента - повторитель с левым входом без сброса.давления на выходе; на фиг. 7схема переходного замыкающего элемента; на фиг, 8 - схема переходного промежуточного элемента; на фиг. -схема переходного промежуточного элемента II типа; на фиг. 10 - схема переходного начального элемента; на фиг. 11 - схема переходного зат шкающего элемента при работе с подпором; на фиг. 12 - логический элемент разрез , на фиг. 13 - то же, вид спереди; на фиг. 14 - то же, вид сверху; на фиг. 15 - то же, вид сверху, разрез; на фиг. 16-18 - торцовые втулки, разрез; на фиг. 19 - вариант золотника; на фи.г. 20 - логический элемент - повторитель с встроенной кнопкой, продольный разраз; на фиг.2логический элемент - отрицание с встроенным соленоидом, продольный разрез; на фиг. 22 - логический элемент - повторитель с встроенным шариковым толкателем и микропереключателем, продольный разрез; на фиг.23переходной элемент промежуточный J-ro типа с встроенным индикатором; фиг. 24 - блок переключателя с кнопочньгм управлением, разрез; фиг. 25 - блок переключателя, вид сверху на фиг. 26 - блок переключателя, вид спереди; на фиг. 27 - схема блока переключателя.

Логический элемент (фиг. 1) включает выполненную в корпусе 1 систему магистральных коммуникаций, золотник 2 и возвратную пружину 3.

Элемент предназначен для реализации активных схем, т.е. схем, в которых питание не является одним из входов - повторитель или отрицание.

Система магистральных коммуникаций элемента состоит из вертикашьных и горизонтальных каналов, в том числе: центрального канала питание - выход , предназначенного для прохождения питания к.выходу в разрешающем (открытом) положении золотчика; канала общего питания Pg, предназначенного для подачи питания в последующие (после первой)функциональные схег-ы, расположенные в одном блоке; группы сбросовых магистралей, включающих расположенные по обе стороны золотника и равноу.цаленные от центрального канала Р. -Р на величину хода золотника S ; каналов Р и Р. , связанных горизонтальным -, пересекающит-ди полость золотника каналами

Pq. Указанная группа магистралей служит для подключения выхода к сбросу в запрещающем (закрытом) положении золотнкка; центральное отверстие 4 служит полостью для размещения и передвижения золотника.

С одного торца, через отверстие 4 на золотник действует давление входного сигнала Р,, с противоположного - давление пружины Pg . ,Цля работы устройства необходимо условие.

Золотник 2 выполнен с accи 5мeтpи - но расположенной проточкой, при этом степень ассигфдетрии расстоянием от оси проточки до ближайшего торца

золотника. Величина ассимметрии К должна удовлетворять соотношению:

d

где S

хо.т; золотника;

диаметр сливных каналов Р d

и Рд ;

коэффициент ;:ерекрытия золотником сливных каналов

Р4 и Pg (

.Длина Е золотника удовлетворяет соотгюшевию L 3S+ffld. Указанные размеры золотника в сочетании с данной схемой обеспечивают обратимость

логического элемента, т.е. возможность изменять характер реализуемой им функции на противоположный, а именно, повторитель на отрицание и наоборот без изменения направления магистральных коммуникаций, а

только за счет переустановки, золотника с поворотом его на 130 как показано на фиг. 2-14. Особенностью предлагаемого устройства являются каналы Р , расположенные по обе

стороны золотника и ралноудаленные

.от центральной магистрали питание выход Р -PJ на величину

F 2S+md, где S - ход золотника;

d - диаметр магистралей Р,,; m - коэффициент перекрытия (1 ) .

Каналы Рб соединены с центральны отверстием 4, через каналы Р,, при этом конструкция устройства соединяет с отверстием 4 те каналы Р, , которые необходимо соединить в соответствии с конкретной схемой.

Каналы Р служат для реализации соединений вход-выход, размножения входа и выхода и подключения к сбросу торцовых полостей отверстия 4, когда это необходимо. В некоторых случаях, например,для уменьшения габаритов, целесообразно для возврата золотника использовать не усилие пружины 3, а давление рабочей среды (воздуха или жидкости), В этом случае пружина 3 отсутствует, а рабочая среда, создающая давление подпора Pg () подается к правому или левому торцу золотника 2 также через каналы Р и отверстия Р|д.

Наряду с логическим элементом (фиг. 1) для построения дискретных блоков необходим логический элемент без сброса давления на выходе, где отсутствуют каналы Р , соединя ющие магистрали Р/ и Р .

Переход на работу в инверсной функции (с функции повторитель на функцию отрицание и наоборот) осуществляется (фиг. 2 и 3) переустановкой золотника 2, с поворотом его при этом на 180°.

Изменение положения магистралей Р| и PQ без изменения функционального назначения элемента, производится путем переустановки пружины 3 совместно с золотником 2, с поворотом и на 180(фиг. 2 и 5). Если в элементе переставить только пружину 3, не меняя положения золотника, то изменится не только положение магистралей Р и Pg, но и функциональное назначение элемента.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет, не меняя схемы коммуникаций элемента и состава его деталей, только за счет установки в различньЬ положениях золотника 2 и пружины 3, получать схемные модификации, необходимые и достаточные для построения любых функциональных схем и дискретных устройств логического типа. .

Для построения дискретных наборных блоков необходимо применение 4-х типов переходных (пассивных) элементов .

Первый переходной элемент (фиг.10 является первым элементом блока и служит для подвода питания и удаления сброса. Имеет общую магистраль

питания каналами автономного Р и общего питания Pj и общую магистраль сброса Pgg с отводяцими каналами Р

и Pfe. .

Промежуточный переходной элемент 1-го типа (фиг. 9) служит для выдачи промежуточного выходного сигнала р2 и имеет вертикальную .и горизонтальную сквозные магистрали входа Р и сквозные магистрали Р Р . В конкретных схемах магистрали Р

0 подключаются к магистрали Vy через каналы ,

Промежуточный переходной элемент 2-го типа (фиг. 8) служит для выдачи выходного сигнала функциональ-

5 ной схемы, а также подачи питания в последующую схему, расположенную в данном блоке. Элемент имеет транканалы Р.

и Р,

маги3

и

страль выход Р2 через каналы Р свя20 зава с каналами Р и при необходимости через отверстия Р.-, может подключаться к каналам Р

Магистраль

6

общего питания Р имеет ответвление расположенное по оси элемента.

м

Зa ыкaющий переходной элемент

5 является последним элементом блока и служит для выдачи выходного сигнала с последней функциональной схемы блока (фиг. 7).

Магистраль выход Pj, через каналы

0

Pg связана с каналами Р и, при необходимости, через отверстия Рц, подключается к каналам Р.

В ряде случаев для создания воз- вратного усилия используется не

5 усилие пружины, а давление рабочей среды (воздуха или жидкости)- подпор. В этом случае в качестве конечного переходного элемента вместо замыкающего пе)еходного элемента

0 (фиг. 7) применяется элемент, который наряду с магистралью выход Pg имеет магистраль подпора Pg, соединенную с двумя каналами связи . , по которым давление подпора Pg подается в зависимости от схемы логи5ческого элемента (фиг. 2, 4, 6 и 8), либо к левому, либо к npaBONiy торцу золотника.

Схемы остальных логических и пел реходных элементов при работе с подпором рабочей среды Pg остаются без изменений. Для отделения одноименных каналов Р в других элементах, имеющих другие параметры давления в нужных точках схемы, устанавливаются

5 заглушки.

Логический элемент (фиг. 12-15), выполнен в виде корпуса 1 с рядом отверстий и магистральных коммуникаций, в том числе центральным отверстием- 4, магистралями , Р и

0 Рб и отверстием Р, и Р. (В логическом элементе П-го типа - без сброса давления на выходе боковые отверстия Рд отсутствуют). В корпусе 1 выполнено также 4 отверстия 5, предназначенные для прохода шпилек при наборе и креплении элементов в блок. В отверстии 4 установлен золотник 2, пружина 3 и торцовые втулки б и 7. Варианты возможных переустановок золотника 2 и пружины ,3 для различных модификаций логического элеменТа приведены на фиг, 2-5, Соответственно в логическом элементе переуста навливаются и торцовые втулки. Для логического элемента применяются три типа торцовых втулок: торцовые втулки б (фиг, 16), предназначенные для подключения внешних гидравлических (пневматических) связей Типа входы, выходы; торцовые втулки 7 (фиг. 17), предназначенные для под ключения внутренних гидравлических (пневматических) связей типа выходвход, сброс и подпор; торцовые втулКи 8 (фиг. 18), предназначенные для внешних механических и электрически связей, Все втулки, помимо сквозного 9 или глухого 10 осевых отверстий, им ют боковое отверстие 11, Втулки вст вляются с торцов логического элемен та так, что их квадратный фланец 12, обеспечивая углевую фиксацию, входит в соответствующее углубление 13, выполненное с обеих торцов корпуса, при этом втулка 6 и 7 или 8 может быть установлена так,что ее боковое отверстие 11 совпадает с од ной из магистралей и обеспечивает таким образом связь с одним из каналов связи Pf,, либо не совпадает ни с одной из них, что зависит от общей схемы устройства (фиг. 15). .Осевая фиксация втулок производится с помощью штифтов 14, вставленных в соответствующие отверстия в корпусе 1 и проходящие через выточки 15. В фланцах 12 втулок выполнены также кольцевые выточки 16, в которых вставлены уплотнительные кольца 17 . Для улучшения поочнрстн ых характ ристик целесообразно олотник выполнять (фиг, 19) с расположенными на торцах буртиками, служащими для направления пружины сжатия 3. Длина золотника в этом случае увеличится на величину 21рр,, а длина торцовых втулок 6, 7 и 8 соответственно уменьшится на длину кольцевых выточек под пружину - Bde вертикальные магистральные отверстия в корпусе 1 имеют со стороны верхней плоскости 18 зенковки 19, предназначенные для установки в них уплотнительных колец при наборе элементов в блок, Переходные (пассивные) элементы (фиг. 7-11) имеют одинаковую конструкцию корпуса и присоединительные размеры, а также размеры и при ,вязку всех однозначных магистральных отверстий, что и логический эл мент (фиг.12-15). Таким же образом в них используются и устанавливаются торцовые втулки (фиг. 16-18), Логические и переходные элементы с встроенными в них типcвы и узами, предназначены для реализации еханических и электрических входов и выходов. Конструкция их достаточно ясна из рисунков. Типовые узлы в виде кнопки 20 (фиг. 20), соленоида 21 (фиг, 21), м1- кропервключатея 22 и шарика 23 (фиг, 22) присоединяются к торцовой втулке 8 (фиг. 18) и воздействуют на золотник 2 (или золотник воздействует на них, например,на микропереключатель 22) через плунжер 24. Аналогично могут встречаться и другие узлы дискретных устройств, напримеЕ клавиша, ролик и т.д. На фиг. 23 изображен известный в технике визуальный индикатор, встроекный в промежуточный переходной элемент 2-го типа (схема на. фиг, 8). Принцип действия его основан на том, что при поступлении под давлением рабочей среды, последняя, пройдя через втулку В, раздви-. нет разрезную резиновую мембрану 27 ц сплошную мембрану 28, котор.я своей окрашенной поверхностью прижмется к сферической поверхности прозрачного колпачка 26. На фиг. 24-27 в качестве примера использования изобретения показана конструкция одного из блоков, набранных из предлагаемого комплекта элементов. Для примера принята схема (фиг. 27), реализующая функцию кнопки с двумя нормально открыTbHvn-i и двумя нормально закрытыми контактами (Vj , V...a; V, ) . Блок состоит из начального переходного элемента 29; логического элемента повторителя с встроенной кнопкой 30; промежуточного переходного элемента П-го типа 31 и 32; логического элементгг повторителя 33; промежуточного переходного элемента 1-го типа 34 и 35; логического элемента отрицание 36; конечного переходного элемента 37. На фиг. 27 показаны подключения сброса, входов и выходов к линиям связи, необходимые для работы данного блока, а именно, к верхнему левому каналу связи 38 подключен выход в элементе 31 и входы в элементах 33 и 36. Нижние правые каналы связи в элементах 33 и 36 инижний левый кансш связи в элементе 30 подключены к сбросу. Сборка элементов в блок производится путем набора их в заданной последовательностн и крепления при помощи шпилек 39, пропускаемых через отверстие 5 (фиг. 14), и гаек 40. Герметизация мест сопряжений одноименных отверстий ос ществляется

jsa счет установки в зенковке 19 {фиг.. 12) уплотнительных резиновых колец 41, Для герметизации отдельны автономных участков линий связи в соответствующие зенковки устанавливаются заглушки 42. При построении блока (фиг. 24) образуются общие прмые каналы одноименных магистралей.

Принцип действия блока, изображеного на фиг. 24-27 так же как и остальных устройств, набираемых из пр лагаемых элементов, основан на том, что выход предлагаемой функдиональной схемы будет либо подключен к питанию, если все расположенные в схеме логические элементы занимают разрешающее положение (на входах повторителя имеются, а на входах отрицания отсутствуют сигналы), либо подключен к сбросу (или отсечен от питания без подключения к сбросу), если хотя бы один логический элемен занимает запрещающее положение (на входах повторителя отсутствуют, а на входе отрицания имеются сигналы)

Устройство, изображенное на фиг. 24...27, работает следуквдим образом.

При ненажатой кнопке в элементе 30 золотник 2 занимает в нем запрещающее положение, перекрывает питание и через проточку 43 в золотнике соединяет выход в элементе 31 с сбросом. Давление в точках 38 отсутствует, в связи с чем золотник 2 элемента 33 занимает запрещеиощее положение, а золотник элемента 36 занимает разре-иающее положение и соответственно выходы в элементах 34 и 32-V, V2 подключены к сбросовой магистрали, а выходы в элементах 35 и 37-Уд и Уд подключены к питанию и находятся под давлением.

При нажатии кнопки элемента 30 золотник 2 в нем займет разрешающее положение, выход элемента 31 подключается к питанию, которое подключит элементы 33 и 36, при этом элемент 33 подключит выходы V и V/ к питанию, а элемент 36 подключит выходы V-j и Уд к сбросу.

Предложенное устройство содержит ограниченное число типовых элементов, на базе которых в сочетании с группой дополнительных узлов типа кнопки, ролика, микропереключателя, соленоида и др. создается практически неограниченное число устройств дискретной техники, обладающих не только широкими коммутационными возможностями, но и совмещающими в одном приборе электрические и механические входы и выходы с сложными гид,равлическими и пневматическими логическими структурами. Подобные устройства представляют- собой, в известной степени, новый вид промышленной продукции. Устройство характеризуется высокой логической емкостью, причем, если логическая емкость устройств, предназначенных для элементарной функции находится, примерно, на одном уровне с известными устройствами, то по мере усложнения логических схем и увеличения числа входов относительная логическая емкость устройства возрастает и в несколько раз превышает ем0кость известных устройств.

Предложенная конструкция позволяет получитькомпактные и монолитные приборы с кратчайшими и в основном прямыми внутренними коммуникациями.

Установка-таких приборов возможна в различных производственных условиях, на транспорте и т.д.

Опытно-конструкторская разработ0 ка устройства с изготовлением и испытанием опытных образцов может быть выполнена в течение 1,5-2х лет. Стоимость работ 20-30 тыс. руб.

Годовой экономический эффект от

внедрения данного устройства, учиты25вая возможности его широкого применения, особенно для механизации трудоемких процессов, ориентировочно составит не менее 1 мпн. руб.

30

Формула изобретения

Логический элемент для гидравлических и пневматических цепей, содержащий размещенный в корпусе золотник с ассимметричной проточкой, выполненные в корпусе центральный канал и продублированные каналы сброса, отличающийся тем, что, с целью упрощения KOHCTpyif-f ции и расширения области применения элемента, в корпусе выполнены размещенные по обе стороны от золотника вертикальные каналы, равноудаленные от плоскости, нормальной к оси перемещения золотника и проходящей через центральный канал, на величину

(iid, где S - ход золотника;

d - диаметр отверстий, соединяющих вертикальные каналы с

золотниковой полостью; m - коэффициент перекрытия отверстий, соединяющих вертикальные каналы с золотниковой полостью, причем

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1.Беренде Т.К. и др. Элементы

схемы пневматики. М., Машиностроние., 1968, с. 279-281.

2.Авторское свидетельство СССР 215599, кл. F 15 С 3/02,

G 06 D 1/02, 1966 (прототип).

(/Г7

9иг.9 Фиг. /3 Фиг./в

h

U2. ф Фиг. л Фип { Фиг. Б-В МЛ/У 1л L /6 S 19

.