Патент на изобретение №2300038

(54) РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН

(57) Реферат:

Устройство предназначено для использования в области машиностроения, а именно в клапанах противодавления для гидрообьемного привода. Регулирующий клапан содержит установленный в корпусе клапана золотник, подпружиненный относительно корпуса клапана со стороны торцевых поверхностей. Наружная поверхность золотника частично контактирует с внутренней поверхностью корпуса клапана по поверхности контакта. Каналы подвода/отвода и выхода рабочей среды расположены с каждой стороны от поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса. Конструктивные элементы включают, соответственно, с каждой стороны относительно поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса, обратный клапан, подпружиненный относительно корпуса в сторону входа обратного клапана и расположенный на наружной поверхности золотника, обеспечивающий сообщение/разобщение канала подвода/отвода и канала выхода рабочей среды. Обратный клапан выполнен в виде втулки, установленной с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса. Пружина обратного клапана установлена на его выходе. Со стороны выхода обратного клапана выполнена полость, соединенная с каналом выхода рабочей среды, обеспечивающая подвод рабочей среды из канала выхода к выходу обратного клапана. На наружной поверхности втулки обратного клапана выполнены радиальные каналы, сообщенные с каналом выхода. Вход обратного клапана соединен с каналом подвода/отвода рабочей среды. Камера управления золотника соединена через дроссель, содержащий клапан переключения, и отверстие в теле золотника с каналом подвода/отвода рабочей среды. Камера управления золотника взаимно образована торцевой поверхностью золотника и внутренней поверхностью глухого цилиндра, жестко зафиксированного относительно корпуса. Золотник выполнен с наружной выточкой, посредством которой при перемещении золотника осуществляется подключение канала подвода/отвода к каналу выхода рабочей среды. Увеличивается КПД, повышается надежность работы клапана, снижается удельная масса и размеры клапана противодавления и упрощается конструкция. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к регулирующим клапанам, используемым в системах гидрообьемного привода.

Известен гидроклапан тормозной (аналог), состоящий из установленного в корпусе золотника управления выставленного в нейтральное положение пружинами, установленными в пробках, закрывающих торцы корпуса, обеспечивающее разобщение каналов выхода с каналом, который через два обратных клапана может соединяться с каналами подвода и отвода, которые могут соединяться через другие два обратных клапана с каналами выхода, а торцевые полости золотника соединены через дроссели с обратным клапаном с каналами подвода и отвода (Каталог фирмы REXROTH Германия RDE 95552-01-8/11.01, Клапан противодавления BVD…F). Подача рабочей жидкости к гидрообьемной машине производится через обратный клапан, а отвод от нее через золотник и другой обратный клапан.

Недостатком известного гидроклапана является то, что сопротивление на отводе в несколько раз больше, чем на подаче. Еще одним недостатком является высокая сложность конструкции обратных клапанов, установленных друг за другом и один внутри другого, что в результате увеличивает размеры гидроклапана.

Известен клапан, выбранный за прототип, (каталог фирмы Mannesmann Rexroth Германия RD 64316/04.89, стр.747), состоящий из установленного в корпусе золотника управления, выставленного в нейтральное положение пружиной, установленной на хвостовик золотника, упирающейся одним концом в корпус и выступ золотника, являющийся основанием хвостовика, а другим концом – в шайбу, установленную на конец хвостовика и упирающуюся в крышку, закрывающую торец золотника. В нейтральном положении золотник разобщает каналы выхода с каналами подвода и отвода. Обратные клапаны, обеспечивающие соединение подвода с выходами, расположены внутри золотника в глухих отверстиях, выполненных в торцах золотника и закрытых резьбовыми пробками с пружиной, упирающейся в обратные клапаны, входы которых соединены радиальными отверстиями в золотнике с каналами подвода и отвода, а выходы соединены другими радиальными отверстиями в золотнике с каналами выхода клапана. Торцевые полости золотника, закрытые крышками, соединены через дроссель и обратный клапан с каналами подвода и отвода.

Недостатками прототипа являются большая длина и большее по сравнению с аналогом сопротивление на подаче, обусловленное радиальными каналами в золотнике. Кроме этого конструкция сложна в части обеспечения соосности золотника и наружной поверхности резьбовых пробок, которые выполняют функцию переменного дросселя и осуществляют подвод через обратный клапан управляющего давления к торцевым полостям золотника. Следующим недостатком является большой диаметр золотника, что обуславливает перетеки между каналами подвода и отвода и снижает КПД клапана. Большой диаметр золотника вынуждает к установке пружины значительно более сильной, чем у аналога. При этом суммарное сопротивление прототипа ниже чем у аналога.

Задача, решаемая изобретением, – увеличение КПД, повышение надежности работы клапана, снижение удельной массы и размеров клапана противодавления и упрощение конструкции.

Поставленная задача решается тем, что, в регулирующем клапане, содержащем установленный в корпусе клапана золотник, подпружиненный относительно корпуса клапана со стороны торцевых поверхностей, при этом наружная поверхность золотника частично контактирует с внутренней поверхностью корпуса клапана по поверхности контакта; каналы подвода/отвода и выхода рабочей среды, расположенные с каждой стороны от поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса, и конструктивные элементы, включающие соответственно с каждой стороны относительно поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса: обратный клапан, подпружиненный относительно корпуса в сторону входа обратного клапана и расположенный на наружной поверхности золотника, обеспечивающий сообщение/разобщение канала подвода/отвода и канала выхода рабочей среды; при этом обратный клапан выполнен в виде втулки, установленной с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса, пружина обратного клапана установлена на его выходе; со стороны выхода обратного клапана выполнена полость, соединенная с каналом выхода рабочей среды, обеспечивающая подвод рабочей среды из канала выхода к выходу обратного клапана, на наружной поверхности втулки обратного клапана выполнены радиальные каналы, сообщенные с каналом выхода, вход обратного клапана соединен с каналом подвода/отвода рабочей среды; камеру управления золотника, соединенную через дроссель, содержащий клапан переключения, и отверстие в теле золотника с каналом подвода/отвода рабочей среды; камера управления золотника взаимно образована торцевой поверхностью золотника и внутренней поверхностью глухого цилиндра, жестко зафиксированного относительно корпуса; золотник выполнен с наружной выточкой, посредством которой при перемещении золотника осуществляется подключение канала подвода/отвода к каналу выхода рабочей среды.

В регулирующем клапане втулка обратного клапана и корпус могут быть выполнены с возможностью взаимного зацепления в процессе перемещения втулки.

В регулирующем клапане дроссель может содержать клапан переключения и корпус, зафиксированный относительно золотника посредством резьбового соединения, в корпусе дросселя выполнено продольное ступенчатое отверстие, образующее седло для шарика клапана переключения и сообщающее камеру управления золотника с внутренней полостью дросселя; вкладыш, зафиксированный в осевом направлении относительно корпуса дросселя с образованием полостей между внутренней поверхностью корпуса дросселя и наружной поверхностью вкладыша; в корпусе выполнены дросселирующие радиальные отверстия, расположенные около седла клапана переключения.

В регулирующем клапане пружины золотника могут быть предварительно поджаты на величину не менее хода золотника.

В регулирующем клапане по поверхности контакта наружной поверхности золотника с внутренней поверхностью корпуса в теле золотника может быть установлено уплотнение.

В заявляемом регулирующем клапане обратные клапаны, установленные на наружной поверхности золотника, работают на перепаде давления соответственно на входе и выходе обратного клапана, т.е. движение втулки обратного клапана обусловлено разностью давлений с ее противоположных сторон (со стороны канала выхода и со стороны канала подвода/отвода рабочей среды). Обратные клапаны имеют минимальное сопротивление на входе (со стороны линии подачи – канала подвода/отвода рабочей среды), обусловленное большим сечением обратных клапанов по сравнению с сечением золотника, а также обусловленное более коротким путем рабочей среды от канала подвода/отвода к каналу выхода по сравнению с известными решениями.

В заявляемом клапане при минимальном диаметре золотника обеспечивается полная герметичность между соответствующими линиями подвода/отвода, что не возможно у прототипа и аналога. Полная герметичность клапана достигается тем, что по сравнению с прототипом и аналогом заявляемая конструкция клапана позволяет разместить уплотнение между внутренней поверхностью корпуса клапана и золотником в теле золотника. При этом при установке золотника с размещенным в нем уплотнением практически не происходит повреждения уплотнения об острые кромки элементов конструкции клапана в отличие от аналога и прототипа.

Обеспечение полной герметичности между соответствующими линиями подвода/отвода устраняет непроизводительные потери при работе клапана, связанные с утечками рабочей среды, следовательно повышается КПД заявляемого клапана.

Заявляемая конструкция регулирующего клапана позволяет значительно уменьшить габаритные размеры клапана.

Во-первых, за счет того, что часть золотника, контактирующая с внутренней поверхностью корпуса может иметь минимальные размеры, обусловленные только необходимостью разобщить между соответствующими каналами подвода/отвода и каналами выхода рабочей среды две части клапана, расположенные с двух сторон относительно поверхности контакта с внутренней поверхностью корпуса, а также обусловленные возможностью размещения в теле золотника уплотнения. Таким образом появляется возможность максимально снизить размеры золотника как в продольном направлении (вдоль продольной оси золотника), так и в поперечном (перпендикулярном продольной оси золотника).

Во-вторых, снижение габаритных размеров обеспечивается вследствие упрощения конструкции клапана в целом по сравнению с аналогом и прототипом, т.к. в заявляемом клапане меньшее количество конструктивных элементов и они являются более простыми по сравнению с конструктивными элементами аналога и прототипа.

В-третьих, предварительно напряженное состояние пружин золотника на величину не менее полного хода золотника позволяет уменьшить размеры пружин для обеспечения размещения их внутри золотника при обеспечении величины силы и жесткости, необходимой для работы клапана и обеспечения его необходимых характеристик.

За счет всех вышеперечисленных факторов решение позволяет уменьшить габаритные размеры клапана в целом. Например, длина относительно прототипа уменьшается порядка двух раз и соответственно снижается масса на этот же порядок при одинаковом потоке через клапан с обеспечением снижения суммарных потерь.

Более простая конструкция клапана в целом, а также использование в нем более простых по изготовлению конструктивных элементов, позволяет повысить надежность клапана, т.к. легче обеспечить соосность элементов, легче соблюсти требования по точности размеров конструктивных элементов и добиться, таким образом, требуемых режимов работы клапана.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет увеличить КПД регулирующего клапана, повысить надежность работы клапана, а также обеспечить снижение удельной массы и размеров регулирующего клапана и упрощение его конструкции.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен разрез заявляемого регулирующего клапана.

На фиг.2 (выноска I) – дроссель с клапаном переключения.

В заявляемом регулирующем клапане наружная поверхность золотника и внутренняя поверхность корпуса частично контактируют между собой по поверхности контакта. С каждой стороны от поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса клапана размещены и выполнены парные конструктивные элементы, указанные ниже в виде названия элемента и двух соответствующих позиций на чертеже. Все парные элементы, расположенные соответственно с каждой стороны от вышеуказанной поверхности контакта, выполняют одну и ту же функцию; только функция каждого канала подвода/отвода рабочей среды при реверсе меняется на противоположную (канал подвода становится каналом отвода рабочей среды и наоборот).

Регулирующий клапан (фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с установленным в нем подвижным золотником 2 (золотник 2 выполняет функцию золотника управления). Корпус 1 имеет с каждой стороны относительно поверхности контакта золотника 2 с корпусом 1 каналы 3, 4 подвода/отвода рабочей среды. При реверсировании назначение канала меняется на противоположное. Каналы 3, 4 подвода/отвода переходят в кольцевые каналы 5, 6, в районе которых золотник 2 имеет выточки 7, 8, посредством которых при перемещении золотника 2 осуществляется подключение соответствующих каналов 5, 6 подвода/отвода и каналов выхода 11, 12 рабочей среды. Ближе к торцам 9, 10 корпуса 1 выполнены каналы 11, 12 выходов рабочей среды.

При перемещении золотника 2 по направлению к каналу 11, выточка 7 перемещается также по направлению к каналу 11, занимая при этом положение, когда часть выточки находится напротив канала 11, а часть выточки – над каналом 7. Таким образом обеспечивается доступ рабочей среды из канала 7 в канал 11. Аналогично работает выточка 8 при перемещении золотника по направлению к каналу 12. Ширина выточек 7 и 8 выбирается из условия, что при перемещении золотника 2 на величину хода будет обеспечено сообщение соответствующего канала подвода/отвода 7, 8 и канала выхода 11, 12 рабочей среды.

На наружной поверхности золотника 2 установлены подвижно обратные клапаны, представляющие собой втулки 13, 14, и соответственно они подвижны в корпусе 1, но имеют ограничение перемещения, не позволяющего им входить в кольцевые каналы 5, 6 подвода/отвода и исключающее их перекрытие. Для этого втулки 13, 14 и корпус 1 выполнены с возможностью взаимного зацепления в процессе перемещения втулок 13, 14, например, втулки 13, 14 имеют буртики 15, 16 упирающиеся в ступеньки 17, 18 корпуса 1.

Обратные клапаны подпружинены относительно корпуса 1 в сторону входа обратного клапана, обращенного к каналам 3, 4 подвода/отвода рабочей среды. Обратные клапаны обеспечивают сообщение/разобщение каналов подвода/отвода 3, 4 и каналов 11, 12 выхода рабочей среды. Подпружинивание обратных клапанов осуществляется со стороны выхода обратного клапана посредством пружин 19, 20, воздействующих на втулки 13, 14 и устанавливающих втулки 13, 14 в положение, перекрывающее соединение каналов 5, 6 подвода/отвода с каналами 11, 12 выходов.

Золотник 2 подпружинен относительно корпуса 1. Для этого с торцевых поверхностей золотника 2 расположены пружины 21, 22 упирающиеся одним концом в торцевую поверхность золотника 2, а другим концом в дно глухих цилиндров 23, 24. Пружины 21, 22 предварительно поджаты не менее величины полного хода золотника 2, ограниченного упорами 25, 26 в цилиндрах 23, 24.

Цилиндры 23, 24 выполнены заодно с крышками 27, 28, которые жестко зафиксированы относительно корпуса 1. Предварительное поджатие пружин производится болтами 29, крепящими крышки 27, 28 к торцам 9, 10 корпуса 1, что обеспечивает выставление золотника 2 в нейтральное положение. Точное выставление золотника 2 производится прокладками 30, устанавливаемыми под торцы пружин 21, 22. Нейтральное положение золотника 2 обеспечивает разобщение каналов 11, 12 выходов с каналами 5, 6 подвода/отвода.

Регулирующий клапан содержит камеры управления золотника 2, образованные между торцевыми поверхностями золотника 2 и внутренними поверхностями (дном) цилиндров 23, 24. Камеры управления золотника 2 соединены через дроссели 31, 32 с каналами 5, 6 посредством каналов (отверстий) 33, 34.

Со стороны выходов обратных клапанов выполнены полости 35, 36, соединенные каналами 37, 38 с каналами 11, 12 выходов для обеспечения подвода рабочей среды из каналов 11, 12 выхода к выходам обратных клапанов. Входы обратных клапанов соединены с каналами 5, 6 подвода/отвода рабочей среды. Работа обратных клапанов осуществляется за счет разницы давлений на их входах и выходах.

В полостях 35, 36 установлены пружины 19, 20.

Втулки 13, 14 в средней части имеют радиальные каналы 39, 40, соединенные с каналами 11, 12 выходов. Золотник 2 в районе перемычки между каналами 5, 6 подвода-отвода имеет радиальное уплотнение 41.

Дроссель 31, 32 содержит корпус 42 с наружной резьбой и продольным, ступенчатым отверстием 43, образующим седло 44 для шарика 45, ход которого ограничен вкладышем 46 некруглого сечения, зафиксированном в осевом направлении штифтом 47. В корпусе около седла 44 выполнены дроссельные отверстия 48. При этом диаметр отверстия 43 меньше, чем диаметр шарика 45, а размеры шарика 45 выбраны из условия обеспечения его обтекания потоком рабочей среды, проходящим через внутреннюю полость корпуса 42.

Работа регулирующего клапана осуществляется следующим образом.

При отсутствии движения мобильной машины, например экскаватора, оба канала 3, 4 и 5, 6 подвод/отвод соединяются распределителем (принадлежит экскаватору на рисунке отсутствует) с отводом или со сливом в бак через фильтр экскаватора. Так как подача от насоса экскаватора отсутствует, клапан имеет закрытые линии (каналы 3, 4 и 5, 6 подвода/отвода не соединены с каналами 11, 12 выходов).

При передвижении распределитель экскаватора подает рабочую среду (жидкость), например в каналы 3, 5. В это же время каналы 4, 6 соединяются распределителем экскаватора со сливом в бак. Давлением рабочей жидкости втулка 13, сжимая пружину 19, перемещается в сторону крышки 27, соединяя каналы 3, 5, 11 между собой, осуществляя подачу на гидромотор хода экскаватора. Одновременно рабочая жидкость под давлением через канал 33 золотника 2 и дроссель 31 поступает в цилиндр 23 и передвигает золотник 2 в сторону крышки 28, так как цилиндр 24 через дроссель 32 и канал 34 золотника 2 соединяется с каналом 6, соединенным со сливом в бак. Выточка 8 золотника 2 устанавливается в район радиальных отверстий 40 втулки 14, соединяя канал 12 с каналом 6. Рабочая жидкость из гидромотора уходит на слив в бак экскаватора.

При движении под уклон гидромотор переходит в насосный режим, давление в канале 11 снижается, соответственно снижается давление в канале 5 и в цилиндре 23. Золотник 2 под действием пружины 22 передвигается в сторону нейтрального положения – каналы 5, 6 не сообщены с соответствующими каналами 11, 12, частично перекрывая радиальные отверстия 40 во втулке 14, создавая противодавление на гидромоторе, работающем в режиме насоса, тем самым, не позволяет ему разгоняться или увеличивать обороты. Таким образом обеспечивается скорость в соответствии с потоком, подаваемым в канал 3.

Так как конструктивные элементы, расположенные с каждой стороны от поверхности контакта золотника 2 с внутренней поверхностью корпуса 1 (по поверхности расположения уплотнения 41), предназначены для выполнения одинаковых функций, работа при реверсе идентична описанному выше, только каналы 3, 4 соответственно по назначению меняются местами. Дроссели 31, 32 служат для гашения динамических колебаний золотника 2 за счет изменения проходного сечения при смене направления потока в них. А именно: когда поток рабочей среды направлен через дроссель 31, 32 в сторону цилиндров 23, 24 рабочая среда через зазор, образованный между наружной поверхностью вкладыша 46 и внутренней поверхностью корпуса 42 дросселя, обтекая шарик 45, выходит через отверстия 48, наполняя камеру управления золотника 2 рабочей средой. При этом шарик 45 расположен на седле 44. При смене направления потока рабочей среды (по направлению из камеры управления золотника 2) под напором потока рабочей среды, находящейся в камере управления, шарик 45 опускается на вкладыш 46 (в углубление, выполненное во вкладыше 46 для посадки шарика 45). При этом поток рабочей среды выходит из дросселя через зазор между вкладышем 46 и внутренней поверхностью корпуса 42 (для этого вкладыш 46 имеет некруглое сечение).

Формула изобретения

1. Регулирующий клапан, содержащий установленный в корпусе клапана золотник, подпружиненный относительно корпуса клапана со стороны торцевых поверхностей, при этом наружная поверхность золотника частично контактирует с внутренней поверхностью корпуса клапана по поверхности контакта, каналы подвода/отвода и выхода рабочей среды, расположенные с каждой стороны от поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса, и конструктивные элементы, включающие, соответственно, с каждой стороны относительно поверхности контакта золотника с внутренней поверхностью корпуса: обратный клапан, подпружиненный относительно корпуса в сторону входа обратного клапана и расположенный на наружной поверхности золотника, обеспечивающий сообщение/разобщение канала подвода/отвода и канала выхода рабочей среды, при этом обратный клапан выполнен в виде втулки, установленной с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса, пружина обратного клапана установлена на его выходе, со стороны выхода обратного клапана выполнена полость, соединенная с каналом выхода рабочей среды, обеспечивающая подвод рабочей среды из канала выхода к выходу обратного клапана, на наружной поверхности втулки обратного клапана выполнены радиальные каналы, сообщенные с каналом выхода, вход обратного клапана соединен с каналом подвода/отвода рабочей среды; камеру управления золотника, соединенную через дроссель, содержащий клапан переключения, и отверстие в теле золотника с каналом подвода/отвода рабочей среды, камера управления золотника взаимно образована торцевой поверхностью золотника и внутренней поверхностью глухого цилиндра, жестко зафиксированного относительно корпуса, золотник выполнен с наружной выточкой, посредством которой при перемещении золотника осуществляется подключение канала подвода/отвода к каналу выхода рабочей среды.

2. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что втулка обратного клапана и корпус выполнены с возможностью взаимного зацепления в процессе перемещения втулки.

3. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что дроссель содержит клапан переключения и корпус, зафиксированный относительно золотника посредством резьбового соединения, в корпусе дросселя выполнено продольное ступенчатое отверстие, образующее седло для шарика клапана переключения и сообщающее камеру управления золотника с внутренней полостью дросселя; вкладыш, зафиксированный в осевом направлении относительно корпуса дросселя с образованием полостей между внутренней поверхностью корпуса дросселя и наружной поверхностью вкладыша; в корпусе выполнены дросселирующие радиальные отверстия, расположенные около седла клапана переключения.

4. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что пружины золотника предварительно поджаты на величину не менее хода золотника.

5. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что по поверхности контакта наружной поверхности золотника с внутренней поверхностью корпуса в теле золотника установлено уплотнение.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.03.2007

Извещение опубликовано: 27.06.2008 БИ: 18/2008

NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.10.2008

Извещение опубликовано: 20.10.2008 БИ: 29/2008