RU2232306C2 - Controllable member for hydropneumatic automation systems - Google Patents

Abstract

FIELD: control of fluid media.

SUBSTANCE: proposed controllable member includes body with passages for delivery and reversal motion of flow of working medium, spool valve pair and return spring; spool valve of control member is made in form of hermetic anisotropic envelope communicated with energy carrier; spool valve pair is formed by external surface of hermetic anisotropic envelope and internal profiled surface of body; control of motion of working medium is effected due to change of geometric sizes of envelope at varying parameters of energy carrier; body has at least isolated cavities; one cavity is provided with passages for delivery and reversal motion of working medium; it also includes hermetic anisotropic envelope; second cavity contains elastic envelope; internal surface of body communicated with anisotropic envelope is profiled and is provided with at least two radial passages along length of body and one axial passage; one radial passage is engageable with hermetic anisotropic envelope over its lateral surface in bearing part; second side passage is not engageable with hermetic anisotropic envelope and axial passage is engageable with end surface of hermetic anisotropic envelope.

EFFECT: enhanced reliability.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к управляемым средствам воздействия на поток текучей среды и предназначено для создания пневмораспределителя, отвечающего технико-экономическим требованиям автомобильной промышленности.The invention relates to controlled means of influencing the fluid flow and is intended to create a pneumatic valve that meets the technical and economic requirements of the automotive industry.

Известен гидрораспределитель типа В6 (ГОСТ 24679-81) с пилотами управления типа П6 (ТУ2-053-1754-85) Указанный гидрораспределитель содержит корпус, в котором выполнены каналы для подключения напорных и сливных линий. В центральном отверстии корпуса расположен золотник, который через толкатели перемещается пилотными клапанами (В.К.Свешников, А.А.Усов. Станочные гидроприводы. М.: Mашиностроение, 1988).Known valve type B6 (GOST 24679-81) with control pilots type P6 (TU2-053-1754-85). The specified valve contains a housing in which channels are made for connecting pressure and drain lines. A spool is located in the central hole of the housing, which is moved through the pushers by pilot valves (V.K.Sveshnikov, A.A. Usov. Machine-driven hydraulic drives. M.: Mechanical engineering, 1988).

Известный гидрораспределитель хаpaктеризуется значительной, увеличивающейся во времени величиной объемных потерь, высокой стоимостью.The known valve is characterized by a significant, increasing in time value of volumetric losses, high cost.

Известен затвор трубопровода, содержащий корпус с крышкой, золотник, седло и прокладки. Затвор приводится в действие через шпиндель вручную или с помощью электродвигателя через специальную систему перемещающихся шарнирно соединенных тяг. (Л.В.Деев, Н.А.Балахичев Котельные установки и их обслуживание. М.: Высшая школа, 1990).Known shutter pipeline containing a housing with a cover, spool, seat and gaskets. The shutter is actuated through the spindle manually or using an electric motor through a special system of moving articulated rods. (L.V. Deev, N.A. Balakhichev Boiler plants and their maintenance. M: Higher school, 1990).

Известное устройство не обеспечивает полной герметичности, нуждается в постоянном техническом уходе, имеет значительные габариты.The known device does not provide complete tightness, needs constant technical care, has significant dimensions.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является электромагнитный клапан. Известный клапан содержит корпус с седлом клапана, золотник, одновременно являющийся сердечником электромагнита, электромагнитную систему, запорную пружину. (В.К.Свешников, А.А.Усов. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1988).Closest to the proposed device is a solenoid valve. A known valve comprises a housing with a valve seat, a spool, simultaneously being the core of an electromagnet, an electromagnetic system, a locking spring. (V.K.Sveshnikov, A.A. Usov. Machine-tool hydraulic drives. M.: Mechanical Engineering, 1988).

Известный электромагнитный клапан обладает низким расходом из-за малого проходного сечения каналов. Увеличение проходных сечений приводит к росту усилия запирания, обеспечиваемого запорной пружиной, а следовательно, к резкому росту массы и стоимости электромагнита.Known solenoid valve has a low flow rate due to the small bore of the channels. An increase in the flow cross sections leads to an increase in the locking force provided by the locking spring, and therefore to a sharp increase in the mass and cost of the electromagnet.

Целью изобретения является создание массового пневмораспределителя для пневмосистем автомобильного транспорта.The aim of the invention is the creation of a mass pneumatic distributor for pneumatic systems of automobile transport.

Поставленная цель достигается за счет выполнения золотника в виде герметичной анизотропной оболочки, сообщенной с энергоносителем. Золотниковая пара образована внешней поверхностью герметичной анизотропной оболочки и внутренней профилированной поверхностью корпуса. Управление движением рабочего тела осуществляется за счет изменения геометрических размеров оболочки при варьировании параметров энергоносителя. Внутренняя полость герметичной анизотропной оболочки сообщена с замкнутой эластичной оболочкой. Внутренние полости обоих оболочек заполненной жидкостью, а соотношение эластичности обоих оболочек и жесткости возвратной пружины позволяет замкнутой эластичной оболочке компенсировать тепловые деформации жидкости. Корпус устройства содержит хотя бы две изолированные друг от друга полости. В одной из полостей выполнены каналы для подвода и реверсивного движения рабочего тела, а также расположена герметичная анизотропная оболочка. Во второй находится эластичная оболочка, при этом полость с эластичной оболочкой посредством пилотного клапана поочередно сообщается с источником энергоносителя или атмосферой. Внутренняя поверхность корпуса выполнена профилированной и содержит хотя бы один радиальный и осевой канал. При этом один из радиальных каналов взаимодействует с герметичной анизотропной оболочкой по ее боковой поверхности в задней части. Второй боковой канал вообще не взаимодействует с герметичной анизотропной оболочкой, а осевой канал взаимодействует с торцевой поверхностью герметичной анизотропной оболочки. Внутренние торцевая и боковая поверхности корпуса имеют геометрию, естественным образом обеспечивающую герметичность и отсутствие износа контактирующих поверхностей в зоне силового контакта торцевой и боковой поверхностей оболочки с внутренними торцевой и боковой поверхностями корпуса. Силовой контакт торцевой поверхности герметичной анизотропной оболочки с торцевой поверхностью корпуса обеспечивается за счет внутренней энергии пружины, расположенной внутри и/или вне герметичной анизотропной оболочки. Торцевая поверхность эластичной анизотропной оболочки содержит присоединительный элемент и хотя бы одно кинематическое звено, позволяющее устанавливать внешнюю пружину, датчики обратной связи и объединять заявленные управляющие элементы в последовательные и параллельные секции.This goal is achieved by performing the spool in the form of a sealed anisotropic shell in communication with the energy source. The spool pair is formed by the outer surface of the sealed anisotropic shell and the inner profiled surface of the housing. The motion of the working fluid is controlled by changing the geometric dimensions of the shell with varying energy parameters. The inner cavity of the sealed anisotropic shell is in communication with a closed elastic shell. The internal cavities of both shells are filled with liquid, and the ratio of the elasticity of both shells and the stiffness of the return spring allows the closed elastic shell to compensate for thermal deformations of the liquid. The device body contains at least two cavities isolated from each other. In one of the cavities, channels are made for the supply and reverse movement of the working fluid, and a sealed anisotropic shell is also located. The second is an elastic shell, while a cavity with an elastic shell by means of a pilot valve alternately communicates with the energy source or atmosphere. The inner surface of the housing is profiled and contains at least one radial and axial channel. In this case, one of the radial channels interacts with a sealed anisotropic shell along its lateral surface in the rear. The second side channel does not interact with the sealed anisotropic shell at all, and the axial channel interacts with the end surface of the sealed anisotropic shell. The inner end and side surfaces of the housing have a geometry that naturally ensures tightness and the absence of wear of the contacting surfaces in the area of power contact of the end and side surfaces of the shell with the inner end and side surfaces of the housing. Power contact of the end surface of the sealed anisotropic shell with the end surface of the housing is ensured by the internal energy of the spring located inside and / or outside the sealed anisotropic shell. The end surface of the elastic anisotropic shell contains a connecting element and at least one kinematic link that allows you to install an external spring, feedback sensors and combine the declared control elements in serial and parallel sections.

На фиг.1 представлен общий вид заявленного устройства в выключенном состоянии. На фиг.2 представлен общий вид заявленного устройства во включенном состоянии. На фиг.3 представлен общий вид пневмораспределителя при встречно-параллельном включении заявленных устройств и прямом включении пневмоцилиндра. На фиг.4 представлен общий вид пневмораспределителя при встречно-параллельном включении заявленных устройств и реверсивном включении пневмоцилиндра.Figure 1 presents a General view of the claimed device in the off state. Figure 2 presents a General view of the claimed device in the on state. Figure 3 presents a General view of the valve during counter-parallel connection of the claimed devices and direct connection of the pneumatic cylinder. Figure 4 presents a General view of the valve during counter-parallel connection of the claimed devices and the reverse inclusion of the pneumatic cylinder.

Управляющий элемент гидропневмоавтоматики содержит полый корпус 1, в котором выполнена полость 2 с профилированной внутренней поверхностью и полость 3. Внутри полости 2 расположена герметичная анизотропная оболочка 4. Внутри полости 3 расположена эластичная оболочка 5. Оболочки 4 и 5 сообщены между собой посредством канала 6. Внутри оболочки 4 расположена возвратная пружина 7. Полость 2 корпуса 1 содержит два радиальных канала 8 и 9 и осевой канал 10. Полость 3 содержит канал 11. Торцевая поверхность оболочки 4 содержит кинематическое звено 12.The control element of the hydropneumatic automation includes a hollow body 1, in which a cavity 2 with a profiled inner surface and a cavity 3 are made. Inside the cavity 2 there is a sealed anisotropic shell 4. Inside the cavity 3 there is an elastic shell 5. The shells 4 and 5 are interconnected via a channel 6. Inside the shell 4 is a return spring 7. The cavity 2 of the housing 1 contains two radial channels 8 and 9 and the axial channel 10. The cavity 3 contains the channel 11. The end surface of the shell 4 contains a kinematic link 12.

Управляющий элемент гидропневмоавтоматики работает следующим образом. При увеличении внутренней энергии энергоносителя, заключенной в герметичной анизотропной оболочке 1 любым известным способом (за счет увеличения давления, увеличения количества, нагрева, химической реакции и т.д.) последняя начинает деформироваться. Если в начальном положении сечение образующей поверхности герметичной анизотропной оболочки 4 представляет собой цилиндр, то в предельном положении сечение оболочки представляет собой параболическую бочку.The control element of hydropneumatic automation works as follows. With an increase in the internal energy of the energy carrier, enclosed in a sealed anisotropic shell 1 by any known method (by increasing the pressure, increasing the amount, heating, chemical reaction, etc.), the latter begins to deform. If in the initial position the cross section of the forming surface of the sealed anisotropic shell 4 is a cylinder, then in the extreme position the cross section of the shell is a parabolic barrel.

В начальном положении торцевая поверхность герметичной анизотропной оболочки 4 за счет возвратной пружины 7 перекрывает осевой канал 10. При этом каналы 8 и 9 сообщены между собой.In the initial position, the end surface of the sealed anisotropic shell 4 due to the return spring 7 overlaps the axial channel 10. In this case, the channels 8 and 9 are interconnected.

При изменении геометрии герметичной анизотропной оболочки 4 ее торцевая поверхность отходит от канала 10, а боковая поверхность перекрывает канал 9. При этом каналы 10 и 8 оказываются сообщенными между собой.When changing the geometry of the sealed anisotropic shell 4, its end surface departs from the channel 10, and the side surface overlaps the channel 9. In this case, the channels 10 and 8 are interconnected.

Поскольку внешняя поверхность герметичной анизотропной оболочки 4 в этом случае попадает под действие полного давления рабочего тела, то возникает необходимость создания внутри оболочки давления, превышающего внешнее. Это может достигаться за счет превышения давления управления над рабочим в самой пневмосистеме, либо искусственно. В последнем случае в полости 3 корпуса 1 располагают эластичную оболочку 5, которую посредством канала 6 сообщают с внутренней полостью герметичной анизотропной оболочки 4. Обе оболочки заполняют жидкостью. Совокупность оболочек 4 и 5 с каналом 6 представляет собой классический усилитель давления, за счет работы которого и обеспечивается требуемое превышение давления управления в оболочке 4 над рабочим давлением в полости 2. В этом случае канал 11 полости 3 посредством пилотного клапана (на схеме условно не показан) сообщают с источником давления рабочего тела.Since the outer surface of the sealed anisotropic shell 4 in this case falls under the influence of the total pressure of the working fluid, it becomes necessary to create a pressure inside the shell that exceeds the external one. This can be achieved by exceeding the control pressure over the worker in the pneumatic system itself, or artificially. In the latter case, an elastic shell 5 is located in the cavity 3 of the housing 1, which, through the channel 6, communicates with the internal cavity of the sealed anisotropic shell 4. Both shells are filled with liquid. The combination of shells 4 and 5 with channel 6 is a classic pressure amplifier, due to the operation of which the required control pressure in the shell 4 is exceeded over the working pressure in the cavity 2. In this case, the channel 11 of the cavity 3 is through a pilot valve (not shown conventionally in the diagram ) report with the source of pressure of the working fluid.

Посредством кинематического звена 12 заявленный управляющий элемент гидропневмоавтоматики может соединяться в последовательные или параллельные секции с образованием различных конструкций распределителей. Вариант такого объединения с образованием пятилинейного распределителя показан на фиг.3 и фиг.4. При этом на фиг.3 представлен общий вид пневмораспределителя при встречно-параллельном включении заявленных устройств н прямом включении пневмоцилиндра. На фиг.4 представлен общий вид пневмораспределителя при встречно-параллельном включении заявленных устройств и реверсивном включении пневмоцилиндра.By means of the kinematic link 12, the claimed hydropneumatic control element can be connected in series or parallel sections with the formation of various designs of valves. A variant of such a combination with the formation of a five-line distributor is shown in figure 3 and figure 4. At the same time, Fig. 3 shows a general view of the air distributor during counter-parallel connection of the claimed devices and direct connection of the pneumatic cylinder. Figure 4 presents a General view of the valve during counter-parallel connection of the claimed devices and the reverse inclusion of the pneumatic cylinder.

Заявленный элемент трансформируется во все известные элементы гидропневмоавтоматики Действительно:The claimed element is transformed into all known elements of hydropneumatic automation

При подаче рабочего тела через канал 10:When feeding the working fluid through channel 10:

- и создании внутри герметичной анизотропной оболочки 4 дискретного, фиксированного давления и перекрытии одного из каналов 8, 9 заявленный элемент трансформируется в управляемый дроссель с положительной или отрицательной обратной связью между давлением и расходом;- and creating inside the sealed anisotropic shell 4 of a discrete, fixed pressure and overlapping one of the channels 8, 9, the claimed element is transformed into a controlled throttle with positive or negative feedback between pressure and flow;

- и сообщении канала 11 с одним из каналов 8 или 9 заявленный элемент трансформируется в регулятор давления, работающий “по входу” или “по выходу”.- and the channel 11 communicates with one of the channels 8 or 9, the claimed element is transformed into a pressure regulator operating “by input” or “by output”.

- и монотонном, наперед заданном изменении давления в полости 3 заявленный элемент трансформируется в клапан “мягкого пуска” при разгоне привода и управляемый демпфер при торможении привода.- and a monotonous, predetermined change in pressure in the cavity 3, the claimed element is transformed into a “soft start” valve during acceleration of the drive and a controlled damper during braking of the drive.

- и выполнении в полости 2 нескольких каналов 9, разнесенных между собой в радиальном и осевом направлении и монотонном или дискретном, наперед заданном изменении давления в полости 3 заявленный элемент трансформируется в силовую систему управления, осуществляющую цикловое управления несколькими приводами по давлению на сбросе.- and the implementation in the cavity 2 of several channels 9 spaced apart in a radial and axial direction and monotonous or discrete, a predetermined change in pressure in the cavity 3, the claimed element is transformed into a power control system that performs cyclic control of several actuators by pressure at the discharge.

При подаче рабочего тела через канал 8:When feeding the working fluid through channel 8:

- и монотонном или дискретном, наперед заданном изменении давления в полости 3 заявленный элемент трансформируется в двойной регулятор расхода с обратными расходными характеристиками- and monotonous or discrete, predetermined change in pressure in the cavity 3, the claimed element is transformed into a double flow regulator with inverse flow characteristics

- и сообщении канала 11 с каналом 10 заявленный элемент трансформируется в отсечной клапан аварийного отключения разрушенного участка пневмогидросистемы от источника питания.- and the communication of channel 11 with channel 10, the claimed element is transformed into a shut-off valve for emergency shutdown of the destroyed section of the pneumohydrosystem from the power source.

При подаче рабочего тела через канал 9, при этом канал 8 сообщен с рабочим органом, канал 10 - дренаж, заявленный элемент трансформируется в отсечной клапан аварийного отключения источника питания от разрушенного участка пневмогидросистемы.When feeding the working fluid through channel 9, while channel 8 is in communication with the working body, channel 10 is drainage, the claimed element is transformed into a shut-off valve for emergency shutdown of the power source from the destroyed section of the pneumohydrosystem.

Заявленное устройство позволяет реализовать управляемый элемент запорно-регулирующей трубопроводной арматуры, обладающий полной герметичностью и не требующий постоянного технического ухода.The claimed device allows you to implement a managed element of shut-off and control pipe fittings, which has complete tightness and does not require constant maintenance.

Claims (4)

1. Управляющий элемент гидропневмоавтоматики, содержащий корпус с каналами для подвода и реверсивного движения рабочего тела, золотниковую пару, возвратную пружину, отличающийся тем, что золотник управляющего элемента гидропневмоавтоматики выполнен в виде герметичной анизотропной оболочки, сообщенной с энергоносителем, золотниковая пара образована внешней поверхностью герметичной анизотропной оболочки и внутренней профилированной поверхностью корпуса, а управление движением рабочего тела осуществляется за счет изменения геометрических размеров оболочки при варьировании параметров энергоносителя, при этом корпус содержит хотя бы две изолированные друг от друга полости, в одной из которых выполнены каналы для подвода и реверсивного движения рабочего тела, а также расположена герметичная анизотропная оболочка, а во второй находится эластичная оболочка, причем внутренняя поверхность корпуса, сообщающегося с анизотропной оболочкой, выполнена профилированной и содержит хотя бы два радиальных канала, разнесенных по длине корпуса, и один осевой канал, при этом один из радиальных каналов взаимодействует с герметичной анизотропной оболочкой по ее боковой поверхности в опорной части, второй боковой канал не взаимодействует с герметичной анизотропной оболочкой, а осевой канал взаимодействует с торцевой поверхностью герметичной анизотропной оболочки.1. The control element of hydropneumatic automation, comprising a housing with channels for supplying and reversing the movement of the working fluid, a spool pair, a return spring, characterized in that the spool of the control element of the hydropneumatic automatics is made in the form of a sealed anisotropic shell in communication with the energy carrier, the spool pair is formed by the outer surface of the sealed anisotropic shell and the internal profiled surface of the body, and the movement of the working fluid is controlled by changing the geometer the size of the shell with varying parameters of the energy carrier, while the body contains at least two cavities isolated from each other, in one of which channels for supplying and reversing the movement of the working fluid are made, and a sealed anisotropic shell is located, and in the second there is an elastic shell, the inner surface of the housing in communication with the anisotropic shell is profiled and contains at least two radial channels spaced along the length of the housing and one axial channel, while one of radial passages cooperates with anisotropic hermetic shell from its side surface in the tread portion, a second side channel does not interact with anisotropic hermetic shell, and an axial channel communicates with an end surface of the hermetic shell anisotropic. 2. Управляющий элемент гидропневмоавтоматики по п.1, отличающийся тем, что внутренние торцевая и боковая поверхности корпуса имеют геометрию, естественным образом обеспечивающую герметичность и отсутствие износа контактирующих поверхностей в зоне силового контакта торцевой и боковой поверхностей оболочки с внутренними торцевой и боковой поверхностями корпуса.2. The control element of hydropneumatic automation according to claim 1, characterized in that the inner end and side surfaces of the housing have a geometry that naturally ensures tightness and the absence of wear of the contacting surfaces in the area of power contact of the end and side surfaces of the shell with the inner end and side surfaces of the housing. 3. Управляющий элемент гидропневмоавтоматики пo п.1, отличающийся тем, что силовой контакт торцевой поверхности герметичной анизотропной оболочки с торцевой поверхностью корпуса обеспечивается за счет внутренней энергии пружины, расположенной внутри и/или вне герметичной анизотропной оболочки.3. The control element of hydropneumatic automation according to claim 1, characterized in that the power contact of the end surface of the sealed anisotropic shell with the end surface of the housing is ensured by the internal energy of the spring located inside and / or outside the sealed anisotropic shell. 4. Управляющий элемент гидронпевмоавтоматики по п.1, отличающийся тем, что торцевая поверхность эластичной анизотропной оболочки содержит присоединительный элемент и хотя бы одно кинематическое звено, позволяющее устанавливать внешнюю пружину, датчики обратной связи и объединять управляющие элементы гидропневмоавтоматики в последовательные и параллельные секции.4. The control element of hydropneumatic automation according to claim 1, characterized in that the end surface of the elastic anisotropic shell contains a connecting element and at least one kinematic link that allows you to install an external spring, feedback sensors and combine the control elements of the hydropneumatic automation in serial and parallel sections.

Images