ЦИФРОВОЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ С ЭЛЕКТРОУПРАВЛЕНИЕМ
DIGITAL INDIRECT-ACTION ELECTRICALLY CONTROLLED SAFETY VALVE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к программируемым гидроприводам механообрабатывающего оборудования с ЧПУ (числовым программным управлением).
Цифровой предохранительный клапан непрямого действия с электроуправлением предназначен для комплектации прецизионных комплектных цифровых линейных и вращательных гидроприводов, с электрической обратной связью, используемых для программного управления перемещением рабочих органов гидрофицированного механообрабатывающего оборудования с ЧПУ, и возможно других гидроприводов в пределах его технической характеристики.
Известны цифровые предохранительные клапаны непрямого действия с электроуправлением (например, МКПВЦ-10/3С21, - см.: Свешников В.К. Станочные гидроприводы: справочник. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2008, стр.372).
Недостатком известных клапанов является отсутствие информации о фактическом положении управляющего электродвигателя, что чревато наличием опасных пиков давления при включении гидропривода. Кроме того, в данной конструкции отсутствует встроенный датчик давления, что не обеспечивает требования комплектности поставки.
Известны также перепускные предохранительные клапаны с пилотным пропорциональным электронным управлением, интегрированным электронным блоком и обратной связью по давлению (например, PRE*J фирмы Duplomatic), в которых в качестве задающего устройства используется пропорциональный электромагнит. Аппараты комплектуются встроенным датчиком давления, однако их недостатком является аналоговый принцип управления электромагнитом, что требует применения цифроаналогового преобразования, усложняющего конструкцию и снижающего надежность управления.
Наиболее близким к предложенному решению и выбранным в качестве прототипа является предохранительный клапан гидравлического пресса (патент РФ RU 2279980 С1, МПК В30В 1/32, В30В 15/26), содержащий задающий электродвигатель и отдельно установленный датчик давления.
Недостатком этого решения является также отсутствие информации о фактическом положении управляющего электродвигателя и возможность возникновения опасных пиков давления при включении гидропривода. Кроме того, управляющий электродвигатель не является цифровой машиной.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности, обеспечение комплектности поставки, а также условий безопасности гидроприводов с электрической обратной связью по давлению.
Поставленная задача решается тем, что в цифровом предохранительном клапане непрямого действия с электроуправлением, содержащем основной каскад с корпусом, в котором выполнены линии подвода, слива и управления, гильзой и подпружиненным плунжером с жиклером, датчик давления, подключенный к линии подвода, и управляющий каскад с задающим шаговым электродвигателем с двусторонним валом, основной винтовой передачей с левой резьбой, пружиной и запорным элементом, взаимодействующим с осевым отверстием наладочного винта, на заднем валу шагового электродвигателя установлена дополнительная винтовая передача с правой резьбой, состоящая из ходового винта и гайки, удерживаемой от проворота проходящей через ее паз стойкой крепления кожуха, причем в конце хода торец гайки через подпружиненный рычаг воздействует на микровыключатель, а ходовой винт имеет торцовые зубья, прижимаемые винтом к ведущему штифту, запрессованному в задний вал шагового электродвигателя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков в заявленном объекте изобретения, изложенных в формуле.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень» проведен дополнительный поиск известных из уровня техники сходных решений, результаты которого показывают, что заявленное техническое решение не следует (для специалиста) явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.
На фиг.1 показан цифровой предохранительный клапан непрямого действия с электроуправлением, содержащий основной каскад с корпусом 1, в котором выполнены линии подвода 2, слива 3 и управления 4, гильзой 5 и подпружиненным плунжером 6 с жиклером 7, датчик давления 8, подключенный к линии подвода, и управляющий каскад 9 с задающим шаговым электродвигателем 10 с двусторонним валом, основной винтовой передачей с левой резьбой (винт 11 и гайка 12), пружиной 13 и запорным элементом 14, взаимодействующим с осевым отверстием наладочного винта 15. На заднем валу шагового электродвигателя установлена дополнительная винтовая передача с правой резьбой, состоящая из ходового винта 16 и гайки 17, удерживаемой от проворота проходящей через ее паз стойкой 18 крепления кожуха 19, причем в конце хода торец гайки через подпружиненный рычаг 20 воздействует на микровыключатель 21, а ходовой винт имеет торцовые зубья, прижимаемые винтом 22 к ведущему штифту 23, запрессованному в задний вал шагового электродвигателя. Поворот гайки 12 исключается шпонкой 24, входящей в паз корпуса управляющего каскада 9.
Работает цифровой предохранительный клапан непрямого действия с электроуправлением следующим образом.
Перед включением гидропривода в работу шаговый электродвигатель получает команду на вращение в направлении по часовой стрелке (со стороны переднего вала), в результате чего гайка 12 движется вправо (на фиг.1), а гайка 17 - влево. В конце хода пружина 13 полностью ослабляется (нулевое давление настройки клапана), а гайка 17 своим торцом воздействует на рычаг 20 и поворачивает его, деформируя пружину (например, плоскую) и отпуская кнопку микровыключателя 21. Дале вращение шагового электродвигателя реверсируется, и он поворачивается на некоторый угол, определяемый желаемым давлением настройки клапана, или в замкнутой по давлению системе на угол, при котором от датчика 8 поступает сигнал о достижения требуемого уровня давления, после чего вращение шагового электродвигателя останавливается (или он «рыскает», поддерживая заданное давление в замкнутой системе). Возможность угловой перестановки ходового винта 16 на заднем валу шагового электродвигателя с помощью торцовых зубьев позволяет обеспечить точную настройку исходного положения, а возможность некоторого осевого смещения наладочного винта 15 - нулевое значение давления. При необходимости исходное положение может быть настроено при любом давлении в пределах технической характеристики аппарата. Ходовой винт 16 имеет на своем заднем конце выходящий из кожуха квадрат под ключ для наладочного поворота вала шагового электродвигателя или визуального контроля его поворота.
Работа основной ступени полностью аналогична работе серийно выпускаемых клапанов МКПВ-10/3С и не нуждается в специальном описании.
Внедрение цифровой электроники (шаговых электродвигателей) по сравнению с аналоговой позволяет: повысить надежность; существенно уменьшить гистерезис, повысить быстродействие, линейность и устойчивость; обеспечить простую настройку параметров (множителя, коэффициента, рампы и др.) при помощи программного обеспечения; получить новые возможности настройки таких параметров как компенсация нелинейности, динамика или безопасность в аварийных режимах; качественно улучшить диагностику (сигнализация, отказ, наблюдение) и поддержку компьютерных систем обслуживания оборудования; обеспечить совместимость с современным шинным сетевым интерфейсом, в том числе CANopen.