БЫСТРОРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
QUICK-DETACHABLE CONNECTION FOR HYDRAULIC AND PNEUMATIC LINES

БЫСТРОРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Гидравлическое (пневматическое) быстроразъемное соединение относится к устройствам, обеспечивающим стыковку и расстыковку пневматических и гидравлических линий, и может быть использовано в машиностроении, глубоководных и аварийно-спасательных работах. Изобретение повышает надежность устройства за счет исключения разъедания агрессивными жидкостями нажимных элементов и увеличивает функциональность устройства за счет возможности пропуска через одну и ту же конструкцию различных по свойствам жидкостей и газов, в том числе агрессивных, повышает надежность соединения линий за счет оптимальной стыковки клапанов.
Область и уровень техники, к которой относится изобретение.
Настоящее изобретение относится к области машиностроения, в частности, к устройствам соединения гидравлических и пневматических линий с помощью шлангов, труб, трубок и рукавов. Конкретно предложение относится к быстроразъемным соединениям гидравлических и пневматических линий транспортирующих жидкости и газы, в том числе агрессивные.
Быстроразъемные соединения - широко применяемая техника. При усложнении задачи пропускания подряд по одной линии различных жидкостей или газов, например, горячей воды, затем кислоты, паровоздушной смеси, а затем щелочи, требуется гарантировать надежную работу линии, не допуская разрушения элементов устройства. Подобные устройства востребованы в различных отраслях техники: аэрокосмической, аварийно-спасательных работах, подводных испытаниях и исследованиях. При осуществлении технологических процессов в указанных отраслях часто возникает необходимость быстрого замыкания и размыкания линий, в том числе, предназначенных для перекачки химически агрессивных жидкостей или газов.
Известно быстроразъемное трубное соединение, состоящее из двух полумуфт, снабженных встроенными запорными клапанами и шариковым замком, содержащее шарики и подпружиненную втулку (патент RU №2187739). Соединение обеспечивает непроницаемость гидравлических полостей при их расстыковке и возможность осуществления расстыковки под давлением. Недостатком устройства является невозможность осуществить стыковку линий при наличии в них остаточного давления, уязвимость нажимных элементов при контакте с агрессивной рабочей жидкостью или газом, недостаточная надежность.
Известно быстроразъемное соединение, состоящее из двух подпружиненных полумуфт, снабженных запорными клапанами и шариковым замком, содержащее шток и тарельчатую пружину (патент РФ №2373451). Соединение обеспечивает непроницаемость и герметичность замыкания и размыкания, но при этом имеет громоздкую конструкцию, не обеспечивает защиту нажимных элементов от агрессивных рабочих жидкостей. При этом для изменения рабочего расхода жидкости необходимо изготовление целого модельного ряда аналогичных устройств, обеспечивающих различный поток среды через стыковочный узел. Известно быстроразъемное соединение линий (патент РФ №2283452), состоящее из двух полумуфт, каждая из которых содержит подпружиненный запорный клапан с уплотнительным элементом. В корпусах полумуфт выполнены седла клапанов. Полумуфты соединяются посредством шарикового замка. В разомкнутом положении разъема клапаны непроницаемо заперты. При соединении полумуфт, наконечники клапанов упираются один в другой, за счет чего осуществляется их дальнейшее взаимное перемещение до замыкания полумуфт, позволяющее создать зазоры между клапанами и седлами для пропускания рабочей жидкости. В аспекте предлагаемого изобретения данное техническое решение рассматривается как прототип. Недостатки такого решения заключаются:
- в постоянном контакте нажимных элементов с рабочей жидкостью, в случае использования агрессивных жидкостей нажимные элементы (пружины) могут выйти из строя, и устройство потеряет работоспособность;
- в трудоемкости изготовления линейки быстроразъемных соединений, обеспечивающих прохождение различного количества рабочей жидкости;
- в необходимости под каждый типоразмер изготавливать новые корпуса полумуфт с седлами и клапанами.
Известно быстроразъемное соединение гидравлических и пневматических линий RectuChem+, когда устройство для устойчивости к воздействию агрессивных жидкостей и газов, полностью изготавливается из пластика, а пружины из синтетического кристаллического термопласта РЕЕК. (Быстроразъемные соединения, каталог Компании ParkerHannifm «Быстроразъемные соединения для пневматических систем и транспортировки жидкостей», стр. 177; Выпуск:Апрель 2016, 4/CAT/3800-PNEU/RU). Однако это устройство, приобретая свойство химической стойкости, неспособно выдерживать значительные механические нагрузки (статические и ударные), а также высокое давление технологической жидкости. Пружина из синтетического материала создает незначительное усилие. Поэтому подобные устройства имеют ограниченное применение в фармацевтической промышленности для очень малых давлений и малого расхода жидкости.
ГОСТ 30539-97 «Соединения быстроразъемные на номинальные давления 1,0; 1,6; 2,5 МПа. Технические требования и методы испытаний», устанавливает требования к жесткости конструкции быстроразъемных соединений. Конструкция должна выдерживать в замкнутом состоянии радиальную и осевую нагрузку 2200 Н. Учитывая такие жесткие технические требования, остается единственное решение - применять для изготовления устройств нержавеющую сталь и титановый сплав, а также металлические пружины, которые способны создавать значительные усилия. Эти материалы широко используются сейчас для изготовления полумуфт. Но из этих материалов нельзя изготовить нажимные элементы. Поэтому актуальна защита нажимных элементов (пружин) от воздействия рабочей жидкости или газа.
Перечисленные недостатки аналогов и прототипа устранены в предлагаемом техническом решении быстроразъемного соединения гидравлических и пневматических линий, и решаются:
- размещением запорных частей клапанов с уплотнительными элементами за пределами устройства, со стороны воздействия рабочей жидкости или газа;
- оснащением цилиндрических частей клапанов выходящих за пределы устройства в состыкованном состоянии отверстиями, контактирующими с рабочей жидкостью;
- выполнением клапанов с проходными отверстиями, обеспечивающими при стыковке и замыкании полумуфт беспрепятственное прохождение рабочей жидкости, то есть гидравлическую или пневматическую линию;
- размещением нажимных элементов внутри полости устройства, когда исключается контакт пружин с рабочей жидкостью.
Предлагаемое быстроразъемное соединение гидравлических и пневматических линий, состоящее из двух полумуфт, состыкованных посредством шарикового замка. Оно содержит расположенные в осевом направлении клапаны, состоящие из запорных и цилиндрических частей, с пружинами и уплотнительными элементами, причем цилиндрические части в замкнутом состоянии полумуфт упираются одна в другую, обеспечивая стыковку и отпирание запорных частей клапанов. Запорные части клапанов расположены снаружи быстроразъемного соединения, со стороны воздействия рабочей жидкости. Цилиндрические части оснащены радиальными и проходными отверстиями, взаимодействующими с рабочей жидкостью в состыкованном положении, и обеспечивающими при стыковке полумуфт гидравлическую линию, а нажимные элементы размещены между корпусами полумуфт и выступами клапанов, поверх цилиндрических частей.
В предлагаемом техническом решении сформулированы основные отличительные признаки быстроразъемного соединения для гидравлических и пневматических линий.
Признаки: «запорные части клапанов расположены снаружи быстроразъемного соединения, со стороны воздействия рабочей жидкости» обеспечивают создание полости внутри устройства, где отсутствует рабочая жидкость и в разомкнутом положении полумуфт запорные части прижимаются к корпусам тем сильнее, чем выше давление рабочей жидкости.
Признаки: «цилиндрические части оснащены радиальными и проходными отверстиями, взаимодействующими с рабочей жидкостью в состыкованном положении, и обеспечивающими при стыковке полумуфт гидравлическую линию» обеспечивают пропускание через устройство рабочей жидкости без контакта с нажимными элементами, а также возможность изготовления модельного ряда устройств с одними размерами полумуфт (меняется лишь величина отверстий в клапанах). При этом значительно уменьшаются потери рабочей жидкости при стыковке и расстыковке соединения.
Признак: «нажимные элементы размещены между корпусами полумуфт и выступами клапанов, поверх цилиндрических частей» обеспечивает сохранность нажимных элементов, за счет расположения в той части конструкции, где исключен контакт с рабочей жидкостью.
Изобретение имеет своей целью усовершенствование гидравлической и пневматической соединительной арматуры. При использовании изобретения достигается следующий технический эффект:
1. Обеспечивается возможность пропуска через устройство концентрированных агрессивных жидкостей без потери работоспособности узла.
2. Значительно уменьшаются потери рабочей жидкости при замыкании и размыкании устройства за счет оптимальной стыковки клапанов.
3. Снижается стоимость изготовления размерного ряда устройств, так как не требуется доработка корпусов полумуфт, достаточна доработка проходного отверстия в клапане, что позволяет изменять величину потока рабочей жидкости при сохранении прежних габаритов устройства.
4. Повышается надежность запирания и в целом надежность устройства, то есть когда устройство разомкнуто, то наружные части клапанов с уплотнительными элементами прижимаются к корпусам полумуфт с тем большим усилием, чем больше давление в линии.
Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на основе использования стандартных для машиностроения материалов, технологических приемов и применения оригинальных простых решений без разработки специальных дорогостоящих материалов и тонких технологий. Предложенное быстроразъемное соединение соответствует критерию «новизна», так как имеет отличительные признаки от прототипа, новое конструктивное выполнение элементов и новые связи между элементами. Приведенные свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками в известных решениях, и не являются суммой их свойств, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».
Пример реализации предлагаемого технического решения поясняется фигурами 1, 2. Быстроразъемное соединение в замкнутом состоянии изображено на фигуре 1. Здесь:
1 - клапан;
2 - уплотнительный элемент на запорной части клапана;
3 - уплотнительный элемент;
4 - нажимной элемент (пружина);
5 - радиальное отверстие в клапане у запорной части;
6 - шариковый затвор;
7 - фиксирующий элемент;
8 - стопорное кольцо;
9 - проходное отверстие клапана;
Быстроразъемное соединение в разомкнутом состоянии изображено на фигуре 2. Устройство работает следующим образом:
В разомкнутом положении устройства клапаны полумуфт F и М непроницаемо и герметично замкнуты. Степень прижима уплотнительных элементов 2 усиливает давление рабочей жидкости в подключенных линиях. Для замыкания устройства часть F вставляется в часть М, при этом наконечники цилиндрической части клапанов упираются один в другой и при дальнейшей стыковке частей F и М происходит перемещение клапанов 1, до образования зазоров между запорными частями клапанов и корпусами полумуфт. Пружины 4 сокращаются, и в отверстия клапанов 5 и проходные отверстия клапанов 9 поступает рабочая жидкость, гидравлическая (пневматическая) линия замыкается и жидкость или газ могут беспрепятственно перемещаться в любую сторону. При этом пружины надежно защищены от контакта с рабочей жидкостью. Фиксация частей разъема происходит при размещении фиксирующего элемента 7 в канавке на выступающей части разъема F. При размыкании разъема затвор 6 перемещается, а фиксирующий элемент 7 выходит из канавки выступающей части разъема F и устройство размыкается. Пружины 4 распрямляются и поджимают уплотнения 3, а клапаны 1 возвращаются в исходное положение и поджимают уплотнения 2. При этом прекращается доступ рабочей жидкости к отверстиям в клапанах 5 и гидравлическое соединение размыкается.