Клапан обратный управляемый
Изобретение относится к области объемных гидроприводов и предназначено для использования в гидроприводах грузоподвижных машин, а именно в механизмах подъема и телескопирования стрелы крана. Управляемый обратный клапан для гидропривода грузоподъемного механизма содержит регулируемое пружинное устройство, ввернутое в корпус, который разделен седлом с образованием двух полостей, в одной из которых размещен запирающий элемент с установленным в его внутреннем отверстии золотником, а в другой - управляющий поршень с толкателем. В силу того, что верхний шаровой сегмент толкателя в момент подачи давления под управляющий поршень находится на расстоянии от торца нижней цилиндрической поверхности золотника, а шаровой сегмент его верхней цилиндрической поверхности зафиксирован в центральной круговой выемке поршня пружинного устройства, обеспечена плавность перемещения управляющего поршня и толкателя и скорость опускания груза достигнет максимума без "скачков". Благодаря радиусным выборкам запирающего элемента при подъеме груза уменьшено сопротивление рабочему потоку высокого давления, что положительно влияет на КПД всей гидросистемы. Размещение сквозных отверстий в верхней части симметричных наружных радиусных выборок для прохода рабочей жидкости при опускании груза разгрузит запирающий элемент усилием пропорциональным весу груза и тем самым обеспечит минимальную скорость. Выполнение демпфирующей центральной поверхности золотника из последовательно двух конических поверхностей и цилиндрической поверхности меньшего диаметра, чем диаметр его верхней и нижней цилиндрических поверхностей, устраняет колебания золотника клапана в наиболее часто возникающем диапазоне его резонансных звуковых частот. Запирающий элемент установлен в продольном отверстии седла и его фланец зафиксирован в корпусе втулкой. Эта втулка установлена между седлом и стаканом регулирующего пружинного устройства с образованием зазора между ее внутренней поверхностью и цилиндрическими частями запирающего элемента и поршня регулирующего пружинного устройства, а диаметрально-сквозные отверстия в цилиндрической поверхности втулки выполнены на уровне торцевых поверхностей запирающего элемента и поршня при закрытом запирающем элементе. Такая конструкция явилась гарантией устойчивой эксплуатационной герметичности клапана, которая исключила возможность опасного самопроизвольного опускания груза.
Изобретение относится к области объемных гидроприводов и предназначено для использования в гидроприводах грузоподвижных машин, а именно в механизмах подъема и изменения вылета стрелы.
Известен управляемый обратный клапан для гидропривода грузоподъемного механизма (а.с. СССР, №347 494 "Управляемый обратный клапан", опубл. 10.08. 1972г. в бюл. №24.). Его разгрузочный клапан выполнен заодно целое с толкателем и проходит свободно в отверстии запирающего элемента, что сокращает до минимума время срабатывания устройства, но может привести к нежелательным "скачкам" скорости опускания груза. Для смягчения этого недостатка подача потока управления под поршень в известном клапане осуществляется через регулируемое дроссельное устройство, ограничивающее наибольшую скорость перемещения поршня и клапана. Но необходимость в дополнительных регулировках этого дроссельного устройства усложнит процесс его эксплуатации.
Кроме того, в реальных условиях производства исключить утечки рабочей жидкости через соединения "запирающий элемент клапана - его посадочное место" достаточно трудно, так как не удается обеспечить высокую точность посадочного места в прямоугольном корпусе клапана, разделенного перегородкой на две полости.
Известен клапан с запорно-регулирующим элементом седельного типа (а.с. СССР, №216 400 "Клапан обратный управляемый", опубл. 11.04.1968г. в бюл. №14), который принят за прототип. В центральном отверстии корпуса этого клапана установлено седло с образованием двух полостей, в одной из которых размещен запирающий элемент с установленным в его внутреннем отверстии подпружиненным разгрузочным клапаном, а в другой - управляющий поршень с толкателем, взаимодействующим с разгрузочным клапаном.
В известном клапане непосредственное соединение цилиндрического торца толкателя также с цилиндрическим торцем хвостовика разгрузочного клапана с одной стороны обеспечит быстродействие регулирования дроссельной щели, но оно будет сопровождаться рывками перемещений, например, пружин разгрузочного клапана и фиксирующего элемента, приводящих к выходу их из строя. Кроме того, невозможность регулирования пружин существенно ограничит диапазон использования такого клапана.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка сравнительно простого в изготовлении и надежного в эксплуатации обратного управляемого клапана, обеспечивающего стабильную работу опускания груза или телескопирования стрелы.
Указанная техническая задача решается общим с прототипом наличием седла
патронного типа в центральном отверстии корпуса клапана, как средства образования двух полостей: в одной из которых размещен запирающий элемент с установленным в его внутреннем отверстии подпружиненным разгрузочным клапаном, а в другой -управляющий поршень с толкателем, взаимодействующим с разгрузочным клапаном.
Полученная точность обработки посадочного места запирающего элемента клапана в цилиндрическом седле, явилась гарантией устойчивой эксплуатационной герметичности клапана, которая исключила возможность опасного самопроизвольного опускания груза. Повышение надежности клапана позволило, в свою очередь, отказаться от устанавливаемого ранее дополнительного гидрозамка с целью дублирования функций известного обратного управляемого клапана при подъеме стрелы и ее телескопировании. В итоге снизилась цена гидропривода и упростилось управление краном.
Целью заявляемого изобретения является - расширение арсенала технических средств обеспечения стабильной скорости опускания груза в виде обратного управляемого клапана с запорно-регулирующим элементом и седлом патронного типа, которое одновременно исключает нежелательные "скачки" скорости опускания груза.
Существенным отличием в заявляемой конструкции клапана, которое не найдено среди аналогов, является выполнение разгрузочного клапана в виде золотника, состоящего из верхней цилиндрической поверхности с концевым шаровым сегментом, центральной демпфирующей поверхности и нижней цилиндрической, торец которой в начальный момент опускания груза находится на расстоянии S от верхнего шарового сегмента толкателя управляющего поршня.
При подаче давления под управляющий поршень, толкатель указанное расстояние S преодолевает беспрепятственно в силу отсутствия сопротивления подпружиненного золотника, верхняя цилиндрическая поверхность которого размещена в центральной круговой выемке поршня пружинного устройства. Только когда концевой шаровой сегмент толкателя безударно коснется торца нижней цилиндрической части золотника, тогда возникнет сопротивление пружины. Но давление под управляющим поршнем достигнет уже некой величины, достаточной для первоначального восприятия и дальнейшего преодоления отрегулированной осадки пружины, вплоть до открытия золотником дроссельной щели. В результате за счет плавности перемещения управляющего поршня и толкателя, скорость опускания груза достигнет максимума без "скачков".
Дальнейшее изменение площади проходного сечения происходит за счет сквозных отверстий в верхней части симметричных наружных радиусных выборок хвостовика запирающего элемента. Благодаря радиусным выборкам при подъеме груза уменьшено
сопротивление рабочему потоку высокого давления, что положительно влияет на КПД всей гидросистемы. Размещение сквозных отверстий в верхней части симметричных наружных радиусных выборок для прохода рабочей жидкости при опускании груза разгрузит запирающий элемент усилием пропорциональным весу груза и тем самым обеспечит минимальную скорость.
Запирающий элемент, в отличие от прототипа, установлен непосредственно в продольном отверстии седла и его фланец зафиксирован в корпусе втулкой. Эта втулка установлена между седлом и стаканом регулирующего пружинного устройства с образованием зазора между ее внутренней поверхностью и цилиндрическими частями запирающего элемента и поршня регулирующего пружинного устройства, который гарантирует беспрепятственное их перемещение. Диаметрально-сквозные отверстия в цилиндрической поверхности втулки выполнены на уровне торцевых поверхностей запирающего элемента и поршня при закрытом запирающем элементе
Заявляемый обратный управляемый клапан в частных случаях его выполнения характеризуется следующими уточнениями указанной в независимом пункте совокупности признаков.
Выполнение демпфирующей центральной поверхности золотника на 1/3 его длины с последовательными двумя коническими и цилиндрической поверхностью меньшего диаметра, чем диаметр его верхней и нижней цилиндрических поверхностей, устраняет колебания золотника клапана в наиболее часто возникающем диапазоне его резонансных звуковых частот, после его закрытия в момент прекращения опускания груза при некоторой определенной скорости отвода золотника гидрораспределителя в нейтральную позицию.
Выполнение двух диаметрально-сквозных отверстий втулки пересекающимися под прямым углом и выполнение одного из них соосно каналу отвода рабочей жидкости из корпуса снижает гидросопротивление за счет беспрепятственного прохода рабочей жидкости при подъеме и опускании груза.
На фиг.1 - предлагаемый клапан, продольный разрез и схема включения его в систему гидропривода крана.
На фиг.2 - втулка, продольный разрез.
На фиг.3 - втулка, вид сверху.
На фиг.4 - золотник, общий вид.
На фиг.5 - запирающий элемент, вид снизу.
На фиг.6 - разрез А-А запирающего элемента.
В корпусе 1 клапана выполнены каналы 2, 3, 4, 5 соответственно для подвода, отвода, слива и управления потоком рабочей жидкости.
Седло 6 с размещенным внутри него запирающим элементом 7 с золотником 8
установлено в центральном отверстии корпуса и разделяет его на две полости. Полость 9 каналом 3 отвода рабочей жидкости соединена с гидроцилиндром 10, а полость 11 -каналом 2 с гидрораспределителем 12 и с отверстием 4 для отвода утечек. Полости 9 и 11 уплотнены наружными защитными кольцами 13 седла.
Фланец седла прижат к упору корпуса втулкой 14, установленной между соответствующими торцевыми поверхностями седла и стакана 15.
Ввернутый в корпус клапана стакан 15 включает пружину 16, осадка которой регулируется перемещением шайбы 17 с помощью винта 18. Пружина 16, имеющая упором для верхнего конца шайбу 17, нижним своим концом воздействует через поршень 19 на золотник 8 и запирающий элемент 7, обеспечивая их закрытие.
Для прохода рабочей жидкости из полости 9 в канал 3, в цилиндрической боковой поверхности втулки 14 (фиг.2 и 3) выполнены два диаметрально-сквозных отверстия 20. Они пересекаются под прямым углом, причем одно из них соосно каналу 3, а диаметр выбран из условия соответствия этих отверстий уровню торцевых поверхностей запирающего элемента 7 и поршня 19 при закрытом клапане, причем запирающий элемент 7 и поршень 19 в свою очередь размещены во втулке 14с зазором.
Центральная часть золотника 8, (фиг.4) на 1/3 длины его длины, представляет собой демпфирующую поверхность, выполненную в виде конусной поверхности 21 с небольшим начальным углом, например, (6°), переходящую в конусную поверхность 22 с большим углом, например, (46°), сопрягаемую в свою очередь с цилиндрической поверхностью 23, выполненную с существенно меньшим, чем диаметр верхней 24 и нижней 25 цилиндрической поверхности золотника.
Верхняя цилиндрическая 24 часть золотника для взаимодействия с поршнем 19 размещена в его центральной круговой выемке 26 и касается своим концевым шаровым сегментом 27 дна этой выемки.
Нижняя цилиндрическая 25 часть золотника размещена в полости 11, а ее торец -на расстоянии S от верхнего концевого шарового сегмента 28 толкателя 29, аналогичный нижний сегмент которого взаимодействует с центральной круговой канавкой 30 управляющего поршня 31 в штуцере 32. Подвод потока управления от гидрораспределителя 12 под управляющий поршень 31 в этом штуцере осуществляется через дроссель 33, который ограничивает наибольшую скорость перемещения поршня 31 и золотника 8.
Хвостовик 34 запирающего элемента 7 (фиг.5 и 6) выполнен с симметричными радиусными выборками 35, например, 4 выборки, и установлен в продольном отверстии
седла 6. Наверху боковой поверхности каждой выборки, по центру, выполнены сквозные, взаимно перпендикулярные, отверстия 36.
Работает заявляемый управляемый обратный клапан следующим образом.
При подъеме груза рабочая жидкость от насоса 37 через гидрораспределитель 12 подается по трубопроводу в канал подвода 2 и затем в полость 11. Преодолевает усилие пружины 16 и, проходя по радиусным выборкам запирающего элемента 7, поднимает его совместно с золотником 8, поступает в полость 9 и из нее через отверстия 20 во втулке 14 в поршневую полость гидроцилиндра 10.
При прекращении подачи рабочей жидкости от насоса запирающий элемент 7 и золотник 8 закрываются, отделяя полости 9 и 11, под действием пружины 16 и силы, пропорциональной давлению в гидроцилиндре 10, тем самым предотвращая обратный ток жидкости и обеспечивая надежное перекрытие находящейся под нагрузкой магистрали в случае остановки насоса и возврата золотника гидрораспределителя 12 в нейтраль, а следовательно и удержание груза в заданном положении.
Для обеспечения спуска груза рабочая жидкость подается параллельно в штоковую полость гидроцилиндра 10 и через дроссель 33 под управляющий поршень 31. В результате этот поршень совместно с толкателем 29 перемещается вверх и воздействует им на золотник 8, перемещает его в запирающем элементе 7, преодолевая усилие пружины 16 и силы, пропорциональной давлению в гидроцилиндре 10, действующей на золотник 8. Через щель, образовавшуюся между внутренней цилиндрической поверхностью запирающего элемента и конусными поверхностями 21 и 22 золотника, через отверстия 36 по радиусным выборкам 35 хвостовика 34 запирающего элемента, рабочая жидкость поступает из полости 9 в полость 11. Тем самым соединяется полость гидроцилиндра 10 со сливом и запирающий элемент 6 разгружается усилием пропорциональным весу груза.
1. Управляемый обратный клапан для гидропривода грузоподъемного механизма, содержащий пружинное устройство, ввернутое в корпус, который разделен седлом с возможностью образования двух полостей, в одной из которых размещен запирающий элемент с установленным в его внутреннем отверстии подпружиненным разгрузочным клапаном, а в другой - управляющий поршень с толкателем, взаимодействующим с разгрузочным клапаном, отличающийся тем, что разгрузочный клапан выполнен в виде золотника, шаровой сегмент верхней цилиндрической поверхности которого размещен в центральной круговой выемке поршня пружинного устройства, а торец его нижней цилиндрической поверхности находится на расстоянии от верхнего шарового сегмента толкателя управляющего поршня, причем золотник выполнен с центральной демпфирующей поверхностью, а запирающий элемент установлен в продольном отверстии седла, фланец которого в корпусе зафиксирован втулкой, которая размещена между соответствующими торцевыми поверхностями седла и стакана регулирующего пружинного устройства и выполнена с диаметрально-сквозными отверстиями в ее цилиндрической поверхности, при этом хвостовик запирающего элемента выполнен с симметричными наружными радиусными выборками со сквозными отверстиями в их верхней части.
2. Управляемый обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что демпфирующая центральная поверхность золотника выполнена на 1/3 его длины и включает последовательно две конические и цилиндрическую поверхность меньшего диаметра, чем диаметр его верхней и нижней цилиндрических поверхностей, а два диаметрально-сквозных отверстия втулки пересекаются под прямым углом, причем одно из них как минимум выполнено соосно каналу отвода рабочей жидкости из корпуса.
