Пневматический прямоточный клапан с датчиком положения
PNEUMATIC DIRECT FLOW VALVE WITH POSITION SENSOR

Изобретение относится к прямоточным клапанам, используемым для управления и регулирования воздушных и газовых потоков в магистралях.
Известен пневматический прямоточный клапан (патент RU №182505 от 17.11.2017), входящий в состав пневматического регулятора давления устройства управления пневматическим приводом вагонного замедлителя (патент RU №2689468 от 17.11.2017). Прямоточный клапан (RU №182505) состоит из корпуса с внутренней полостью и установленного в ней цилиндрического клапана с закрепленным на нем поршнем, делящим внутреннюю полость на две камеры; пружины, поджимающей цилиндрический клапан в направлении его закрытия; первой и второй крышек, каждая - с внутренним отверстием, соответствующим наружному диаметру цилиндрического клапана, и с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; закрепленного в первой крышке седла с отверстиями на его периферии для протекания газа и с уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам входного и выходного фланцев с патрубками для пневмотрубопровода, при этом корпус выполнен в виде гильзы, а каждая крышка имеет выступ, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру гильзы; резьбовых соединений, выполненных в виде шпилек, установленных в периферийных отверстиях в крышках и фланцах с гайками на концах шпилек.
Недостаток клапана - в отсутствии распознавания его текущего положения относительно седла.
Известен линейный потенциометрический датчик (www.sensor-systems.ru/product_51.html), состоящий из корпуса с потенциометром, штока с роликовым или шариковым наконечником, поджимаемым пружиной к направляющей поверхности в виде копира.
Известен регулятор давления (патент RU №2128359 от 17.09.1997), основанный на пневматическом прямоточном клапане, содержащий исполнительный механизм с разъемным корпусом, с размещенным в цилиндрических направляющих корпуса поджимаемым в сторону седла подвижным цилиндрическим клапаном, с выступом на его наружной поверхности, с кольцевой диафрагмой, зажатой в разъеме корпуса, и между выступом клапана и зажимным кольцом, делящей ограниченную наружной поверхностью цилиндрического клапана внутреннюю полость корпуса на камеры, управляющие открытием и закрытием клапана, соединенные каналами с источником давления воздуха, при этом на наружной поверхности цилиндрического клапана имеется устройство, отслеживающее положение цилиндрического клапана относительно седла, с механизмом, включающим роликовый наконечник.
Недостаток такого регулятора давления - пониженная надежность вследствие сложности конструкции механизма слежения за положением цилиндрического клапана относительно седла и невозможность электронной обработки данных о положении цилиндрического клапана.
Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение надежности конструкции путем обеспечения слежения за положением цилиндрического клапана и обеспечения возможности подачи электрического сигнала в систему с электронным управлением подачей воздуха.
Техническая задача решена в конструкции пневматического прямоточного клапана, содержащего корпус, первую крышку с центральным отверстием с размещенным в нем седлом клапана, и вторую крышку с центральным отверстием и подводом воздуха в клапан, подвижный цилиндрический клапан, размещенный в центральных отверстиях первой в второй крышек, пневматический привод открытия и закрытия клапана, размещенный в полости, ограниченной корпусом, крышками и внешней поверхностью подвижного цилиндрического клапана; полости клапана, соединенные каналами с источником воздуха под давлением; устройство слежения за положением подвижного цилиндрического клапана относительно седла, при этом устройство слежения за положением подвижного цилиндрического клапана состоит из установленного в отверстии стенки крышки датчика положения подвижного цилиндрического клапана со стержнем и наконечником, взаимодействующего с наружной поверхностью подвижного цилиндрического клапана, выполненной со стороны седла в виде боковой поверхности усеченного конуса, меньшее основание которого является торцом подвижного цилиндрического клапана, угол между образующей усеченного конуса и внешней поверхностью подвижного цилиндрического клапана находится в интервале π/12…π/6, а угол между осью отверстия в стенке крышки с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана в отверстии в стенке крышки и внешней цилиндрической поверхностью подвижного цилиндрического клапана находится в интервале π/2…2π/3.
Для уменьшения силы, изгибающей стержень датчика, угол между осью отверстия в стенке крышки с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана в отверстии в стенке крышки и боковой поверхностью усеченного конуса подвижного цилиндрического клапана равен π/2.
Для повышения технологичности пневматического клапана угол между осью отверстия в стенке крышки с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана и внешней цилиндрической поверхностью клапана равен π/2.
Для повышения точности передаваемых данных о положении подвижного цилиндрического клапана привод подвижного цилиндрического клапана является двухдиафрагменным, подвижный цилиндрический клапан поджимается к седлу воздухом, подаваемым в верхнюю камеру одной из полостей; на конце подвижного цилиндрического клапана со стороны второй крышки дополнительно имеется усеченный конус, а в отверстии в стенке второй крышки перпендикулярно цилиндрической поверхности подвижного цилиндрического клапана либо перпендикулярно боковой поверхности усеченного конуса установлен второй датчик положения подвижного цилиндрического клапана.
Для повышения надежности датчики положения подвижного цилиндрического клапана могут быть установлены в первой и второй крышках.
Технический эффект - повышение надежности конструкции путем обеспечения слежения за положением цилиндрического клапана и обеспечения возможности подачи электрического сигнала в систему с электронным управлением подачей воздуха, - достигается за счет совокупности следующих отличительных признаков: устройство слежения за положением подвижного цилиндрического клапана состоит из установленного в отверстии стенки крышки датчика положения подвижного цилиндрического клапана со стержнем и наконечником, взаимодействующего с наружной поверхностью подвижного цилиндрического клапана, выполненной со стороны седла в виде боковой поверхности усеченного конуса, меньшее основание которого является торцом подвижного цилиндрического клапана, угол между образующей усеченного конуса и внешней поверхностью подвижного цилиндрического клапана находится в интервале π/12…π/6, а угол между осью отверстия в стенке крышки с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана в отверстии в стенке крышки и внешней цилиндрической поверхностью подвижного цилиндрического клапана находится в интервале π/2…2π/3.
Данная совокупность отличительных признаков пневматического прямоточного клапана не обнаружена в процессе патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показан пневматический прямоточный клапан в закрытом состоянии с усеченным конусом на конце подвижного цилиндрического клапана со стороны седла и с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана.
На фиг. 2 показан пневматический прямоточный клапан в открытом состоянии с усеченным конусом на конце подвижного цилиндрического клапана со стороны седла и с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана.
На фиг. 3 показан вид А на датчик положения подвижного цилиндрического клапана на фиг. 2.
На фиг. 4 показан пневматический прямоточный клапан с поршневым приводом, с датчиком положения подвижного цилиндрического клапана, установленным в отверстии в стенке в крышке со стороны седла перпендикулярно конической поверхности подвижного цилиндрического клапана.
На фиг. 5 показан пневматический прямоточный клапан с двухдиафрагменным приводом со вторым датчиком положения подвижного цилиндрического клапана, установленным в стенке в крышке корпуса со стороны, противоположной седлу перпендикулярно конической поверхности подвижного цилиндрического клапана.
Пневматический прямоточный клапан (фиг. 1-5) содержит корпус 1, первую крышку 2 с центральным отверстием 2а с седлом 3 клапана и вторую крышку 4 с центральным отверстием 4а, подвижный цилиндрический клапан 5, размещенный в центральных отверстиях 2а и 4а крышек 2 и 4, пневматический привод открытия и закрытия клапана 5, полости которого соединены каналами 6 и пневмолиниями 7 с блоком 8 подачи воздуха, управляемым блоком 9; датчик 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5, установленный в отверстии 11 в стенке крышки 2, имеющий стержень 12 и наконечник 13 (шариковый или роликовый), контактирующий с наружной поверхностью 14, выполненной со стороны седла 3 в виде боковой поверхности усеченного конуса с углом а между образующей конуса и внешней поверхностью 15 подвижного цилиндрического клапана 5, находящимся в интервале π/12…π/6, и с углом β, находящимся в интервале π/2…2π/3 между осью отверстия 11 с датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 и цилиндрической поверхностью 15 подвижного цилиндрического клапана 5.
Если угол α будет меньше π/12 (фиг.1), то для совершения датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 полного хода необходима большая высота усеченного конуса. Если угол α будет больше π/6, то возникнет увеличенная сила, действующая на наконечник 13, изгибающая стержень 12.
Если угол β будет меньше π/2, то сила, действующая на наконечник 13, изгибающая стержень 12, увеличится. Угол β больший 2π/3, требует увеличенной длины стержня 12 и толщины стенки крышки 2 (фиг.4) или крышки 4 (фиг. 5), в которой установлен датчик 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5.
Для уменьшения силы, изгибающей стержень 12, ось отверстия 11с датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 в крышке 2 (фиг. 4) или 4 (фиг. 5) перпендикулярна боковой поверхности 14 усеченного конуса подвижного цилиндрического клапана 5.
Для повышения технологичности изготовления прямоточного клапана ось отверстия 11 с датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 в крышке 2 (фиг. 1, 2, 5) перпендикулярна поверхности 15 подвижного цилиндрического клапана 5.
а
в
а
б
а
а
а
а
Для повышения надежности управления положением подвижного цилиндрического клапана 5 привод подвижного цилиндрического клапана 5 является двухдиафрагменным (фиг. 5), подвижный цилиндрический клапан 5 поджимается к седлу 3 воздухом, подаваемым в верхнюю камеру 16 или 16 одной из полостей (17, 17) соответственно; на конце подвижного цилиндрического клапана 5 со стороны крышки 4 имеется усеченный конус, а датчик 10 (фиг. 4, 5) положения подвижного цилиндрического клапана 5 установлен в отверстии 11 крышки 4. Датчик 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 может быть установлен как перпендикулярно поверхности 15 подвижного цилиндрического клапана 5, так и перпендикулярно боковой поверхности 14 усеченного конуса. Для повышения надежности датчик 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 установлен совместно с датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5. Датчик 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 можно не устанавливать, но надежность управления положением подвижного цилиндрического клапана 5 будет понижена.
Для открытия клапана с поршневым приводом (фиг. 4), имеющим пружину 18, воздух под давлением подается в полость 19, в результате чего поршень 20 с подвижным цилиндрическим клапаном 5 поднимается вверх, положение подвижного цилиндрического клапана 5 относительно седла 3 отслеживается датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5, при перемещении наконечника со стержнем 12 по поверхности 15 подвижного цилиндрического клапана 5. Для закрытия клапана с поршневым приводом понижается давление в полости 19, и под действием пружины 18 поршень 20 с подвижным цилиндрическим клапаном 5 перемещается к седлу 3.
б
г
а
б
а
в
г
б
б
а
6а,
6в,
Для открытия клапана с двухдиафрагменным приводом (фиг. 5) воздух под давлением подается в одну или обе камеры (16, 16) полостей (17, 17), а из одной или обеих камер (16, 16) воздух вытесняется в атмосферу, в результате чего диафрагмы 21 перемещаются вверх, положение подвижного цилиндрического клапана 5 относительно седла 3 отслеживается датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5, при перемещении стержня с наконечником по поверхности 14 подвижного цилиндрического клапана 5. Для закрытия подвижного цилиндрического клапана 5 с двухдиафрагменным приводом понижается давление в камере 16 нижней полости 17 и в камере 16 верхней полости 17 и подается давление в одну или обе камеры 1 1 в результате чего диафрагмы 18 с подвижным цилиндрическим клапаном 5 перемещаются к седлу 3, положение подвижного цилиндрического клапана 5 относительно седла 3 отслеживается датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5. Сигнал с датчика 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 о положении подвижного цилиндрического клапана 5 передается в блок 9, управляющий подачей воздуха через блок 8.
Предложенные конструкции пневматического прямоточного клапана с датчиком 10 положения подвижного цилиндрического клапана 5 относительно седла 3 позволяют повысить надежность подачи воздуха в пневмопривод.