Устройство для управления подачей жидкости сверхвысокого давления

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к обработке различных материалов струей жидкости сверхвысокого давления и может быть использовано в автоматизированных гидроструйных комплексах. Устройство содержит корпус с двумя отверстиями для подачи в него и выхода из него к потребителю жидкости сверхвысокого давления, а также седло и взаимодействующий с ним плоский цилиндрический клапан, который свободно размещен в отверстии патрона, закрепленного на приводном штоке клапана через шариковые элементы с образованием со стороны седла для размещения клапана полости, и постоянного зазора между торцом патрона с клапаном и рабочей поверхностью седла. Приводной шток клапана через гидроусилитель связан с пневмоприводом. Конструкция обеспечивает высокое качество выполненной работы, обладает высокой надежностью и большим ресурсом работы за счет того, что самоустанавливающийся клапан автоматически настраивается на требуемый в данный момент режим работы. 1 н.з. и 1 з.п. формулы, 1 илл.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к обработке различных материалов струей жидкости сверхвысокого давления, преимущественно в автоматизированных гидроструйных комплексах.

Известно устройство для управления подачей воды сверхвысокого давления, содержащее корпус и выполненные в нем под прямым углом друг к другу отверстия - одно для подачи жидкости в корпус устройства, другое - для выхода из него, например, в сопло режущего инструмента, а также седло и взаимодействующий с ним клапан, в виде иглы, приводной шток которого связан с воздушной камерой, поршнем и пружиной пневмопривода. При подаче воздуха в воздушную камеру давление воздуха, действуя на поршень, преодолевает силу пружины и отводит иглу клапана от седла. При снятии давления воздуха пружина прижимает иглу клапана к седлу, перекрывая подачу воды. [см. функциональное описание к устройству Omnijet (на 1 стр. английского текста и на 1 стр. перевода на русском языке) http:www.jetedge.comimages/product/83/omniget functional description.jpg публ. 16.04.07 г].

В данном устройстве клапан имеет два положения «открыт/закрыт». В положении «закрыт» клапан под действием пружины перекрывает отверстие в седле, причем усилие пружины должно быть достаточным для

перемещения и удерживания иглы при рабочем давлении в тысячи атмосфер. В положении «открыт» игла отходит от седла клапана за счет подачи сжатого воздуха под давлением 0,4-0,6 МПА через входной штуцер в поршневую полость пневматического привода противоположную той, где находится пружина. Давление воздуха и диаметр поршня должны быть достаточными, чтобы сжать пружину в пневмоцилиндре привода.

К недостаткам известного клапана относится наличие достаточно мощной и жесткой, чаще всего тарельчатой пружины, с очень низким ресурсом работы. Кроме того, игла прижимается пружиной к седлу клапана с постоянным и максимальным усилием, определяемым рабочим давлением этой пружины, что отрицательно сказывается на износе иглы при многократном открытии/закрытии клапана. При этом, так как игла и ее приводной шток выполнены за одно целое, при сборке устройства трудно обеспечить совпадение осей седла и приводного штока клапана, в результате взаимодействия данные элементы быстро изнашиваются, нарушается герметичность и клапан выходит из строя. Кроме того, для размещения крупногабаритной тарельчатой пружины требуется крупногабаритный цилиндр пневмопривода, а использование крупногабаритного оборудования на автоматизированных гидроструйных комплексах, например, резательных и раскроечных, резко снижает точность обработки. То есть описанное выше устройство при большом весе и габарите имеет малый ресурс работы и низкое качество.

По своей технической сущности и достигаемому результату данное устройство является наиболее близким к предложению заявителя, и оно выбрано за прототип.

Задача новой разработки состоит в создании для автоматизированных гидроструйных комплексов легкого, малогабаритного оборудования, с высоким качеством работы и ресурсом. Предлагаемое устройство является одним из основных узлов таких комплексов, так как управляет подачей рабочей жидкости сверхвысокого давления в исполнительный механизм/, например, в сопло режущего инструмента.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что плоский цилиндрический клапан выполнен самоустанавливающимся и под действием прямого контакта с подаваемой в корпус жидкостью прижимается к отверстию седла с усилием пропорциональным рабочему давлению этой жидкости в каждый момент работы клапана, что значительно повышает его надежность и увеличивает ресурс работы. Кроме того, повышается и качество работы клапана, так как значительно сокращается износ его деталей, что резко повышает герметичность полостей под и над клапаном в процессе его работы. Повышается и точность обработки, так как резко сокращаются массогабаритные параметры устройства, что очень важно при использовании его в автоматизированном гидроструйном комплексе при раскрое или другой обработке требующей высокой точности.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в устройство для управления подачей жидкости сверхвысокого давления,

содержащее корпус и выполненные в нем под прямым углом друг к другу отверстия - одно для подачи воды в корпус устройства, другое - для выхода из него, например, в сопло режущего инструмента, а также седло и взаимодействующий с ним клапан, закрепленный на его приводном штоке с возможностью совместного перемещения, и привод, введен патрон и гидроусилитель, патрон через шариковые элементы закреплен на приводном штоке клапана с образованием полости в торце этого штока со стороны седла, цилиндрический клапан свободно размещен в отверстии патрона и его рабочая поверхность выполнена плоской, а противоположная - выполнена в виде упора и подпружинена относительно того же штока, который размещен в корпусе с образованием в крайнем нижнем положении постоянного зазора между торцом патрона с клапаном и рабочей поверхностью седла и через поршень, гидропласт и шток гидроусилителя связан с поршнем пневмопривода, при этом шариковые элементы между патроном и приводным штоком клапана расположены на равном расстоянии вдоль оси этого штока под углом 120° относительно друг друга по его окружности.

Введение в конструкцию патрона с отверстием и креплением его на приводном штоке клапана с образованием полости для его размещения с направляющим отверстием и пружиной, а также обеспечение постоянного зазора между торцом этого патрона и рабочей поверхностью седла при его прямом контакте с подаваемой в корпус рабочей жидкостью, позволили клапану при любом режиме работы занимать требуемое на данный момент положения относительно отверстия седла и прижиматься к последнему с

усилием пропорциональным рабочему давлению подаваемой жидкости. То есть происходит автоматическая настойка работы клапана на оптимальный режим. При этом повышается износостойкость взаимодействующих между собой седла и клапана, улучшается его герметичность, что приводит к повышению качества его работы, а также надежность, так как реже случаются поломки, что значительно повышает ресурс его работы.

Применение шариковых элементов для крепления патрона с клапаном на его приводном штоке делают узел крепления клапана легким и малогабаритным, что в сочетании с гидроусилителем значительно улучшает массогабаритные параметры всего предлагаемого устройства.

Шариковые элементы, размещенные вдоль приводного штока клапана в предлагаемом порядке, выполняя роль шариковых направляющих, исключается перекос штока при его перемещении, обеспечивают минимальные напряжения разрыва штока и сминания стенок патрона в момент отрыва клапана от седла, что также повышает его надежность и ресурс работы.

Признаки указанные выше являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше технического результата, то есть являются существенными.

Наличие отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу свидетельствуют о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна» по действующему законодательству.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемой полезной модели с получением вышеуказанного технического результата поясняются чертежами:

На фиг.1, показан разрез предлагаемого устройства.

На фиг.2 в масштабе 2:1 показан вид А узла крепления клапана на его приводном штоке (см. фиг.1).

Устройство состоит (см. фиг.1) из корпуса 1, в котором под прямым углом друг к другу выполнены отверстия 2 для подачи жидкости, например, воды в корпус 1 и отверстие 3 для выхода воды, например, в сопло режущего инструмента. В отверстии 3 закреплено седло 4 с помощью втулки 5 и гайки 6. В корпусе 1 соосно отверстию седла 4 с возможностью продольного перемещения через уплотнение 7 закреплен приводной шток 8. На штоке 8 через шариковые элементы 9 (см. фиг.2) с возможностью совместного перемещения закреплен патрон 10 с образованием полости 11. В отверстии патрона свободно размещен цилиндрический клапан 12, рабочая поверхность 13 которого выполнена плоской, противоположная 14 - упорной и подпружинена пружиной 15 относительно штока 8, который размещен в корпусе 1 (см. фиг.1, 2) так, что в его крайнем нижнем положении между торцом патрона 10 с цилиндрическим клапаном 12 и рабочей поверхностью седла 4 клапана 12 имеется постоянный зазор h.

Шариковые элементы 9 на равном расстоянии L вдоль штока 8 через отверстия 16 в патроне 10 установленные в пазах этого штока под углом 120° друг к другу по его окружности. На корпусе 1, через гайку 17 закреплен

корпус 18 гидроусилителя. Через отверстие в гайке 17 приводной шток 8 клапана 12 связан с поршнем 19 гидроусилителя, который через гидропласт 20 связан со штоком 21 и через уплотнение 22 заделан в крышке 23 с возможностью продольного перемещения, а крышка 23 через уплотнение 24 установлена в корпусе 18 гидроусилителя. На корпус 18 гидроусилителя насажен цилиндр 25 пневмопривода, на который через уплотнение 26 надета крышка 27, у которой заделан штуцер 28 для подачи воздуха в камеру 29, где через уплотнения 30, 31 размещен поршень 32 с возможностью перемещения вдоль цилиндра 25 и контактирования со штоком 21 гидроусилителя, в стенке корпуса 19 которого выполнено дренажное отверстие 33. В отверстии размещено шариковое уплотнение 34, поджатое винтом 35.

Устройство работает следующим образом.

Закрытие клапана. Воздух под давлением 0,4-0,6 МПа подается через штуцер 28 в крышке 7 цилиндра 25 пневмопривода, перемещая поршень 32, который давит на шток 21 гидроусилителя. В полости 20 создается давление, превышающее давление воздуха в число кратное отношению квадратов диаметров поршня 32 пневмопривода и штока 21 гидроусилителя. Поршень 19 гидроусилителя в сторону седла 4 перемещает приводной шток 8 клапана 12 совместно с патроном 10, который соединен с ним через шариковые элементы 9 и несет в своей полости 11 плоский цилиндрический клапан 12 через упорную поверхность 14 подпружиненный относительно штока 8 пружинного 15. При этом торец патрона 10, перемещаясь в сторону седла 4 в контакт с рабочей поверхностью этого седла не входит, то есть постоянно

остается зазор h, величина которого практически не меняется и является достаточной для того, чтобы подпружиненный плоский клапан 12 своей плоской рабочей поверхностью 13 перекрыл отверстие в седле 4 и герметично прижался к поверхности этого седла под действием рабочего давления подаваемой в отверстие 2 корпуса 1 жидкости. Клапан 12 имеет гарантированные радиальные зазоры относительно внутренних стенок патрона 10, которые позволяют самоцентрироваться клапану 12 относительно отверстия седла 4 за счет гидродинамических сил, возникающие при обтекании подаваемой жидкостью клапана 12 при его закрытии.

Открытие клапана. При отключении подачи сжатого воздуха через штуцер 28 в пневмоцилиндр 25 пневмопривода и соединении его с атмосферой, воздействие поршня 32 пневмоцилиндра на шток 21 гидроусилителя прекратится. Давление рабочей жидкости, подаваемой через боковое отверстие 2 в корпус 1, воздействует на площадь поперечного сечения шток 8 с патроном 10, находящегося в уплотнении 7, и на площадь поперечного сечения клапана 12. Так как площадь поперечного сечения приводного штока 8 с патронам 10 больше, чем площадь поперечного сечения клапана 12, то результирующая сила, от действующего рабочего давления подаваемой жидкости, переместит шток 8 совместно с патроном 10 и клапаном 12 в сторону от седла 4 и подаваемая жидкость через отверстие 3 поступит к потребителю, например, соплу резательного оборудования.

В настоящее время изготовлен опытный образец предложенного устройства, которой прошел испытания на автоматизированном комплексе гидроструйной обработки различных материалов и доказал не только промышленную применимость, но и полностью подтвердил указанный выше технический результат.

Созданное устройство для управления подачей жидкости под сверхвысоким давлением обладает высокой точностью обработки, так как благодаря малому весу и габаритам, по сравнению с прототипами в элементах его крепления на автоматизированном комплексе и перемещения по нему значительно сокращены люфты. Увеличена надежность устройства, так как самоустанавливающийся клапан автоматически настраивается на требуемый в данный момент режим работы и его поломки случаются реже, то есть, увеличен ресурс работы.

Благодаря уменьшению износа взаимодействующих между собой клапана и седла практически гарантирована герметичность полостей между соплом и клапаном и выше клапана, то есть, повышено качество работы.

Таким образом, разработано устройство (один из основных узлов автоматизированного комплекса для гидроструйной обработки различных материалов) высокого качества выполняемой работы и надежности. Из вышеизложенного следует, что заявленная полезная модель направлена на решение поставленной задачи с достижением нового технического результата и соответствует требованиям патентоспособности по действующему законодательству.

1. Устройство для управления подачей жидкости сверхвысокого давления, содержащее корпус и выполненные в нем под прямым углом друг к другу отверстия - одно для подачи жидкости в корпус устройства, другое - для выхода из него, например, в сопло режущего инструмента, а также седло и взаимодействующий с ним клапан, закрепленный на его приводном штоке с возможностью совместного перемещения, и пневмопривод, отличающееся тем, что в него введен патрон и гидроусилитель, патрон через шариковые элементы закреплен на приводном штоке клапана с образованием полости в торце этого штока со стороны седла, цилиндрический клапан свободно размещен в отверстии патрона и его рабочая поверхность выполнена плоской, а противоположная в виде упора и подпружинена относительно этого же штока, который размещен в корпусе с образованием в его крайнем нижнем положении постоянного зазора между торцом патрона, несущего клапан, и рабочей поверхностью седла через поршень, гидропласт и шток гидроусилителя связан с поршнем пневмопривода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шариковые элементы между патроном и приводным штоком клапана расположены на равном расстоянии вдоль оси этого штока под углом 120° относительно друг друга по его окружности.