ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ КАРТРИДЖНЫЙ КЛАПАН С ПИЛОТНЫМ ЭЛЕКТРОУПРАВЛЕНИЕМ
PROPORTIONAL CARTRIDGE VALVE WITH PILOT ELECTRO-CONTROL

Изобретение относится к элементам гидравлических цепей с подвижными частями и может применяться в качестве элемента управления рабочих исполнительных органов подвижных транспортных средств. Клапан состоит из гильзы, золотника, корпуса, затвора, дросселя, пружины, стопорного кольца, электромагнита, электрической катушки, гайки, фторопластовых и резиновых колец. Изделие имеет картриджное исполнение и монтируется в корпус гидравлической системы, соединяя управляющую полость с линией подачи или с линией слива. Технический результат заключается в уменьшении массово-габаритных характеристик, увеличении ресурса изделия, улучшении линейности перепадных и расходных характеристик, а также возможности дистанционного управления гидроаппаратурой при высоком давлении.
Известен пропорциональный клапан управления фрикционами гидромеханической передачи, включающий расположенные соосно две ступени – регулятор давления и регулятор-распределитель основного потока. Изобретение содержит корпус, электромагнит, два клапанных распределителя, а так же два дросселя: дроссель камеры регулирования давления, выполненный в корпусе затворного элемента, и межкамерный дроссель, установленный между камерой регулирования давления и камерой управления регулятора-распределителя. Шариковый затвор установлен в клапанной камере корпуса затворного элемента с радиальным зазором, характерным для прецизионной пары. Толкатель пропорционального электромагнита установлен в отверстие корпуса электромагнита с радиальным зазором, характерным для прецизионной пары; торцовая поверхность опорной головки, контактирующая с якорем электромагнита, имеет сферическую форму, на цилиндрической поверхности стержня выполнены продольные пазы, сообщающие полость якоря электромагнита с портом слива рабочей жидкости (RU 2624926, 11.04.2016).
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- имеет модульное исполнение, в связи с чем обладает достаточно большими габаритами,
- имеет в своей конструкции большое количество деталей, что повышает трудоемкость изготовления, а так же повышает вероятность отказа изделия при эксплуатации.
Также известен клапан картриджный пропорциональный с электроуправлением, корпус которого изготовлен неразборным (цельным) вместе с полюсом и магнитопроводом. Изделие имеет золотник и встроенный в него пилотный каскад, который пропорционально перемещаясь, соответственно управляет основным золотником. (US 6021997, 08.02.2000).
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- корпус изготовлен неразборным совместно с полюсом и магнитопроводом, что увеличивает трудоемкость его изготовления и снижает ремонтопригодность,
- затвор пилотного каскада имеет предварительное поджатие пружиной, что уменьшает линейность характеристики изделия,
- площадь соприкосновения пилотного каскада достаточно велика, что приводит к повышенному трению в золотниковом распределителе,
- имеет возможность управлять только одной полостью.
Также известен клапан картриджный пропорциональный с непосредственным управлением. Изделие состоит из гильзы, золотника, электромагнита, втулки и пружины. В данном случае происходит непосредственное управление золотником, который в свою очередь соединяет линию подачи с одной полостью либо, при переключении, с другой. (US 9733651 B2, 15.08.2017).
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- при непосредственном управлении золотником увеличивается зона нечувствительности, ухудшается характеристика нелинейности клапана, а так же уменьшается диапазон регулировки.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявленному техническому решению по совокупности признаков и достигаемому эффекту является картриджный клапан с пропорциональным электромагнитным управлением, содержащий корпус, гильзу, седло, электромагнит, затвор (шарик), две пружины и золотник, подпружиненный к седлу (US 8662109 B2, 04.03.2014) (прототип). В исходном состоянии золотник изделия поджат к седлу при помощи пружины. Затвор пилотного каскада так же поджат к седлу при помощи пружины. При подаче рабочей жидкости в линию подачи, она так же попадает в линию управления в пилотный каскад. Затвор пилотного каскада управляется электромагнитом и пропорционально изменяя зазор затвор-седло мы можем пропорционально управлять основным золотником и переключать поток рабочей жидкости из одной полости в другую.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- затвор пилотного каскада (шарик) поджат пружиной, что не позволит достичь высокой линейности характеристики клапана,
- гильза клапана имеет слишком сложную конструкцию, что делает ее достаточно трудоемкой в изготовлении,
- имеет фланцевое крепление картриджа, что увеличивает трудоемкость выполнения посадочного места, а так же увеличивает его размеры (по сравнению с резьбовым).
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются:
- уменьшение массово-габаритных характеристик,
- работоспособность при высоких давлениях,
- полное открытие золотника при работе в оба направления,
- снижение трудоемкости изготовления изделия,
- повышенный ресурс работы и надежности изделия,
- улучшение линейности характеристики изделия.
Это достигается тем, что в отличие от известных технологических решений, в конструкции применяется пилотный каскад управления, состоящий из корпуса, микродросселя и затвора. Для обеспечения хорошей линейности расходной и перепадной характеристик, затвор пилотного каскада выполнен в форме цилиндрического золотника с конусом 60 градусов на конце и перемещающегося в одну сторону только за счёт толкателя электромагнита, а в другую за счет перепада давления. Пилотный каскад не имеет в своем составе пружинных элементов. Подачей управляющего сигнала, толкатель электромагнита перемещает затвор, который изменяет зазор дроссель-затвор и тем самым изменяя давление в полости Н (см. Рис. 1) управляет основным золотником.
2
Использование пилотного затвора с электроуправлением позволяет применять предлагаемое изобретение в гидравлических системах, где необходима высокая герметичность, имеются требования по линейности перепадной характеристики и по работе на высоких давлениях (до 300 кгс/см).
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом (см. Рис.1), на котором изображена схема пропорционального картриджного клапана с пилотным электроуправлением. На рис.2 представлена схема гидравлическая клапана.
Пропорциональный картриджный клапан с пилотным электроуправлением содержит:
- корпус (1) пилотного каскада,
- гильзу (2),
- золотник (3),
- пружину (4),
- стопорное кольцо (5),
- затвор (6),
- дроссель (7),
- кольцо уплотнительное (8),
- гайку (9),
- электромагнит (11).
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии золотник 3 поджат к стопорному кольцу 5 за счет действия пружины 4; затвор 6 находится в разгруженном состоянии. При подаче давления в полость П1 (без подачи электрического сигнала), золотник 3, под действием давления перемещается и соединяет линию П1 с линией П3. Данное перемещение обусловлено тем, что жидкость свободно истекает через отверстие-дроссель в дросселе 7 и попадает в полость П3 через пилотный каскад, в связи с чем давление в Полости Н меньше давления в полости П1.
При подаче электрического сигнала в обмотку катушки электромагнита 11, толкатель 10 начинает перемещаться пропорционально входному электрическому сигналу, воздействуя на затвор 6 и изменяя расстояние между затвором 6 и дросселем 7. При полностью закрытом затворе (плотно поджат к дросселю), давление в полости Н становится практически равным давлению в полости П1. Любую незначительную разницу давлений компенсирует усилие пружины 4, подобранную соответствующе. При плавном перемещении затвора 6 (уменьшении зазора затвор-дроссель), давление в полости Н начинает увеличиваться и пружина 4 плавно возвращает золотник 3 в исходное положение (двигает к стопорному кольцу 5), соединяя полости П1 и П2. Гильза 2 выполнена в виде цилиндрического картриджа с резьбовым соединением.
Все вышеуказанные показатели подтверждены путем изготовления опытных образцов и проведением экспериментов.