ТРЕХПОЗИЦИОННЫЙ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ

Техническое решение относится к машиностроению. Оно касается системы с сервомеханизмом в виде гидравлического исполнительного механизма, управляемого гидрораспределителем.
Для управления сервомеханизмами, выполненными в виде силового гидроцилиндра, используются гидрораспределители с ручным или пневматическим приводом (см., например, описание изобретения "Устройство для управления гидроцилиндрами грузоподъемных механизмов" к выданному в СССР авторскому свидетельству №1423821, МПК F 15 B 13/02). Известен трехпозиционный гидрораспределитель для управления гидроцилиндром, содержащий подпружиненный вдоль оси в обе стороны золотник, внутри которого расположен клапан, ограничивающий давление, создаваемое насосом (см. выданные в США патенты №3718159, МПК F 16 К 11/10, №3986522, МПК F 15 B 13/04, 4434708, МПК F 15 B 11/08). Этот гидрораспределитель имеет ручное управление. Более удобное управление имеет гидрораспределитель с пневматическим приводом, на который выданы охранные документы в Германии, №4307638, и в Великобритании, №2265189, МПК F 15 B 11/08. Этот трехпозиционный трехлинейный гидрораспределитель содержит золотник, перемещаемый расположенным между пружинами поршнем пневмоцилиндра двухстороннего действия. Вход этого гидрораспределителя сообщен с нагнетательной гидролинией насоса, а выходы сообщены с гидроцилиндром и с гидробаком, при этом в корпусе гидрораспределителя имеется предохранительный клапан, сообщающий нагнетательную гидролинию с гидробаком при превышении в ней допустимого давления. Но конструкция золотника не раскрыта. В описании к патенту РФ №2190130, МПК F 15 B 13/04, изображен трехпозиционный гидрораспределитель с пневматическим
управлением, содержащий корпус с напорным и сливным каналами, крышку корпуса, трехпозиционный пневмоцилиндр, полый золотник, основной и вспомогательный предохранительные клапаны, имеющие регулировочные пробки, расположенные с одной стороны под крышкой корпуса, причем основной предохранительный клапан выполнен с удлиненным хвостовиком, имеющим по крайней мере три грани, и снабжен размещенной в золотнике направляющей, выполненной в виде плунжера. Однако основной и вспомогательный предохранительные клапаны этого гидрораспределителя имеют весьма сложную конструкцию.
В качестве прототипа принят гидрораспределитель, представленный в выданном в Великобритании охранном документе №2140092, МПК F 15 B 11/06. Он содержит корпус, в котором расположен фигурный золотник, соединенный с подпружиненным в обе стороны вдоль оси штоком поршня пневмоцилиндра двухстороннего действия. В корпусе этого распределителя размещены предохранительный клапан и перемещаемый золотником запорный элемент дополнительного клапана, запирающего слив жидкости из гидроцилиндра. Однако у такого гидрораспределителя с пневматическим приводом весьма большая длина.
Решаемая задача - создание компактного трехпозиционного гидрораспределителя с пневматическим приводом, имеющего простую и надежную конструкцию, обеспечивающую возможность удобного его агрегатирования с гидробаком.
Решение этой задачи обеспечено тем, что трехпозиционный гидрораспределитель содержит корпус с каналами, сообщающимися с насосом, гидроцилиндром и гидробаком, пневмоцилиндр с поршнем, трубчатый золотник, имеющий привод от поршня пневмоцилиндра, предохранительный клапан, расположенный в корпусе, клапан ограничения давления рабочей жидкости, расположенный в золотнике и содержащий подпружиненный запорный элемент, размещенный в пробке, вставленной в золотник.
При таком выполнении трехпозиционного гидрораспределителя, охарактеризованном приведенной совокупностью признаков, гидрораспределитель вследствие рационального расположения его деталей имеет более простую и компактную конструкцию.
Предохранительный клапан гидрораспределителя состоит из седла, имеющего резьбовое соединение с корпусом, запорного элемента в виде шарика, колпака, охватывающего шарик, регулировочного винта с гайкой и пружины, расположенной между колпаком шарика и регулировочным винтом, при этом напротив свободного конца золотника установлена чашеобразная крышка с продольными наружными ребрами, между которыми расположен край гайки винта предохранительного клапана.
Седло предохранительного клапана гидрораспределителя сделано в виде чашки с осевым и радиальным отверстиями, кольцевой канавкой на внешней боковой поверхности, пересекающейся с радиальным отверстием, и окружающей осевое отверстие кольцевой выемкой на торце, в которой расположен уплотнительный элемент.
Напротив кольцевой канавки, пересекающейся с радиальным отверстием, сделанным в седле шарика предохранительного клапана, в корпусе гидрораспределителя напротив канала, сообщающегося с гидробаком, сделано отверстие, сообщающееся с карманом, расположенным вокруг золотника.
На фигуре 1 представлен трехпозиционный гидрораспределитель, общий вид сверху.
На фигуре 2 изображен гидрораспределитель, продольный разрез.
На фигуре 3 показан золотник гидрораспределителя с клапаном ограничения давления рабочей жидкости, продольный разрез.
На фигуре 4 показан золотник гидрораспределителя., поперечный разрез по А-А фигуры 3.
На фигуре 5 показан участок боковой поверхности золотника.
На фигуре 6 показан золотник, поперечный разрез по Б-Б фигуры 3.
Представленный на фигуре 1 трехпозиционный четырехлинейный гидрораепределитель содержит корпус 1, закрепленный сверху на гидробаке 2 (фигура 2). С гидрораспределителем гидролинией 3 имеет гидравлическую связь насос 4, который является источником давления рабочей жидкости, а гидролинией 5 имеет гидравлическую связь силовой гидроцилиндр 6, предназначенный для перемещения груза.
Внутри корпуса 1 выполнены канал 7, сообщающийся с насосом 4, канал 8, сообщающийся с гидроцилиндром 6, и канал 9, сообщающийся с гидробаком 2. В корпусе 1 расположен трубчатый золотник 10, имеющий привод от поршня 11 пневмоцилиндра 12. Пневмоцилиндр 12 соединен с корпусом 1 гидрораспределителя резьбовыми крепежными элементами 13.
Золотник 10 имеет резьбовое соединение с хвостовиком 14 поршня 11, закрывающим полость внутри золотника. У свободного конца золотник 10 закрыт резьбовой пробкой 15. В пробке 15 расположен запорный элемент 16 клапана ограничения давления рабочей жидкости, размещенного внутри золотника 10 (фигура 3).
Напротив свободного конца золотника 10 установлена крышка 17 с продольными наружными ребрами 18, в которых расположены болты 19, соединяющие крышку 17 с корпусом 1. Крышка 17 сделана в виде чаши, образующей свободное пространство для выдвижения золотника 10 из корпуса 1.
В корпусе 1 вокруг золотника 10 выполнены карманы 20 и 21, сообщающиеся между собой и с гидробаком 2 по каналу 9. Между карманами 20 и 21 расположен карман 22, сообщающийся по каналу 8 с гидроцилиндром 6, и карман, образующий канал 7, сообщающийся гидролинией 3 с полостью нагнетания насоса 4.
На золотнике 10 сделаны шейка 23 для прохода рабочей жидкости от насоса через канал 7 к гидроцилиндру 6 по каналу 8 или в гидробак 2 через карман 21 по каналу 9 и шейка 24 для выхода рабочей жидкости из гидроцилиндра 6 в гидробак 2 через карманы 22, 20 по каналу 9. Между
шейками 23 и 24 расположен поясок 25, на котором у шейки 24, сообщающей гидроцилиндр 6 с гидробаком 2, сделаны выемки 26 переменной ширины, имеющие клинообразную форму (фигуры 4, 5).
В шейках 23 и 24 золотника сделаны радиальные отверстия 27 и 28 для прохода рабочей жидкости внутрь золотника 10, туда, где в золотнике 10 размещен клапан ограничения давления рабочей жидкости.
Запорный элемент 16 клапана ограничения давления рабочей жидкости сделан в виде булавы, имеющей головку 29 с конической запорной поверхностью 30 и направляющий стержень 31, расположенный в центральном осевом отверстии 32, сделанном в пробке 15. На направляющем стержне 31 сделаны лыски 33 для прохода рабочей жидкости в осевое отверстие 32 и обратно при перемещениях запорного элемента 16 в пробке 15. Пробка 15 имеет перемычку 34 с радиальным отверстием 35, расположенную между частью 36 пробки, имеющей седло для головки 29 запорного элемента 16, и резьбовой частью 37 пробки 15, в которой расположен направляющий стержень 31 запорного элемента. На периферии пробки 15 на той ее части 36, на которой имеется седло для запорного элемента 16 клапана ограничения давления, расположен кольцевой уплотнительный элемент 38, контактирующий с внутренней поверхностью золотника 10. В перемычке 34 пробки 15 у шейки 39 запорного элемента 16, расположенной между головкой 29 и направляющим стержнем 31, установлен проволочный фиксатор 40 (фигура 6) с прямым средним участком и загнутыми концами 41, предназначенный для ограничения перемещения запорного элемента 16 в пробке 15.
Внутри золотника 10 между запорным элементом 16, а именно между его головкой 29 и хвостовиком 14 поршня 11 пневмоцилиндра расположен упор 42 пружины 43 клапана ограничения давления, прижимающей головку 29 запорного элемента к ее седлу, выполненному на пробке 15. Упор 42 пружины 43 сделан в виде гайки с наружной резьбой, имеющей резьбовое соединение с золотником 10. На периферии урора 42 в цилиндрическом
радиальном отверстии расположен вкладыш 44, контактирующий с внутренней поверхностью золотника 10 для предотвращения самопроизвольного поворота упора 42 относительно золотника.
В корпусе 1 рядом с золотником 10 установлен шариковый предохранительный клапан 45, состоящий из седла 46, имеющего резьбовое соединение с корпусом 1, шарика 47, колпака 48, охватывающего шарик 47, регулировочного винта 49 с гайкой 50 и пружины 51, расположенной между колпаком шарика 47 и регулировочным винтом 49. Край гайки 50 расположен между продольными наружными ребрами 18 чашеобразной крышки 17, окружающей свободный конец золотника 10. Седло 46 шарика 47 сделано в виде чашки, в которой имеются осевое отверстие 52, радиальное отверстие 53 и окружающая осевое отверстие 52 кольцевая выемка на торце, в которой расположен уплотнительный элемент 54. Соосно с отверстием 52 в корпусе 1 сделано отверстие 55, пересекающееся с каналом 8, сообщающимся с гидроцилиндром 6. На внешней боковой поверхности седла 46 сделана кольцевая канавка, пересекающаяся с радиальным отверстием 53. Напротив этой кольцевой канавки, пересекающейся с радиальным отверстием 53, в корпусе 1 напротив канала 9, сообщающегося с гидробаком 2, сделано отверстие 56, сообщающееся с карманом 21.
Золотник 10 подпружинен вдоль оси в обе стороны пружиной 57, установленной в корпусе пневмоцилиндра 12. Один торец пружины 57 имеет контакт с буртом чашки 58, расположенной на корпусе 1 и охватывающей с зазором концевой участок 59 золотника 10 около уступа на нем. Другой торец пружины 57 имеет контакт с перфорированным кольцом 60, надетым на тот же концевой участок 59 золотника и расположенным напротив уступа в корпусе пневмоцилиндра. Между кольцом 60 и поршнем 11 пневмоцилиндра установлена дистанционная втулка 61.
В корпусе пневмоцилиндра 12 сделаны отверстия 62 и 63 для сообщения его полостей 64 и 65 поочередно с источником сжатого воздуха.
Золотник 10 в средней своей позиции сообщает нагнетательную гидролинию насоса, а именно сообщающийся с ним канал 7 в корпусе, с карманом 21 и далее через канал 9 с гидробаком 2. Рабочая жидкость при среднем положении золотника проходит из канала 7 в карман 21 через кольцевую щель между шейкой 23 золотника 10 и корпусом 1. При подаче сжатого воздуха в полость 65 пневмоцилиндра золотник 10, сжимая пружину 57, перемещается поршнем 11 от крышки 17 в сторону отверстия 62 до упора чашки 58 в кольцо 60, сообщая между собой в крайней своей позиции канал 7 с карманом 22 и разобщая между собой канал 7 и карман 21. Тогда рабочая жидкость под давлением, создаваемым насосом, из канала 7 через кольцевую щель между шейкой 23 золотника и корпусом 1 проходит в карман 22 и далее по каналу 8 поступает в гидроцилиндр 6, который совершает работу по поднятию груза.
Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом во время подъема груза, ограничивается клапаном, установленным в золотнике 10. Если давление во время подъема тяжелого груза становится очень большим, то под его воздействием запорный элемент 16 клапана ограничения давления отходит от седла в пробке 15, сжимая пружину 43, и тогда излишек рабочей жидкости, нагнетаемой насосом, через радиальные отверстия 27, 28 в шейках 23, 24 и полость внутри золотника проходит в гидробак через карман 20 по каналу 9.
Для прекращения подъема груза полость 65 пневмоцилиндра разобщают с источником сжатого воздуха и сообщают ее с атмосферой. Тогда поршень 11 под действием сжатой пружины 57 возвращается обратно и выставляется пружиной 57 в средней позиции, при которой прекращается поступление рабочей жидкости в гидроцилиндр 6, а выход ее из него запирается. При этом нагнетательная гидролиния насоса сообщается со сливом, то есть с гидробаком 2.
Для опускания груза подают сжатый воздух через отверстие 62 в полость 64 пневмоцилиндра. Тогда под действием сжатого воздуха, сжимая
пружину 57, поршень 11 перемещает золотник 10 в сторону крышки 17, устанавливая его в другой крайней позиции, при которой гидроцилиндр б сообщается с гидробаком 2 через канал 8, карман 22, кольцевую щель между шейкой 24 золотника и корпусом 1, карман 20 и канал 9. Причем для предотвращения резкого падения давления в гидроцилиндре во время сообщения его с гидробаком, при перемещении золотника опорожнение гидроцилиндра происходит сначала через выемки 26 в золотнике, выполняющие функцию дросселя. Изменяя давление сжатого воздуха в полости 64 пневмоцилиндра и, значит, положение золотника 10, можно ускорить либо замедлить опускание груза. Для прекращения опускания груза полость 64 сообщают с атмосферой, и тогда золотник 10 выставляется сжатой пружиной 57 в среднее положение, запирая слив жидкости из гидроцилиндра. Гидравлический удар при резкой остановке груза предотвращается предохранительным клапаном 45, в котором шарик 47, отходя под действием пикового давления в гидроцилиндре 6 от седла 46, открывает отверстие 52, перепуская рабочую жидкость из гидроцилиндра 6 в гидробак до тех пор, пока давление в гидроцилиндре 6 не понизится до статической величины, зависящей от веса груза.
Созданный трехпозиционный гидрораспределитель, содержащий корпус 1 с каналами 7, 8, 9, сообщающимися с насосом, гидроцилиндром и гидробаком, пневмоцилиндр 12 с поршнем 11, трубчатый золотник 10, имеющий привод от поршня 11 пневмоцилиндра, предохранительный клапан 45, расположенный в корпусе 1, клапан ограничения давления рабочей жидкости, расположенный в золотнике и содержащий подпружиненный запорный элемент 16, размещенный в пробке 15, вставленной в золотник 10, имеет простую и компактную конструкцию, при которой обеспечено четкое выполнение гидрораспределителем его функций по управлению перемещением груза.