УПРАВЛЯЕМЫЙ МАГНИТНЫЙ КЛАПАН

Техническое решение относится к средствам автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности и может найти применение в горном деле и строительстве при создании распределительных устройств для управления потоком рабочей среды между участками и агрегатами ударных машин.
Известен электромагнитный клапан по а.с. СССР №257243, F16k, опубл. в БИ №35, 1969 г., содержащий корпус, запорный орган, электромагнит, постоянные магниты, укрепленные соосно в запорном органе и вне его, например в стопе, при этом постоянные магниты установлены в зоне воздействия магнитного поля электромагнита, усиливающего или ослабляющего магнитные поля постоянных магнитов, а между стопой и якорем введено подпружинивающее устройство.
Недостатком данного электромагнитного клапана является сложность изготовления и эксплуатации. Для открытия и закрытия клапана необходимо введение либо дополнительной катушки, либо устройства переключения полярности подаваемого напряжения. Неизбежный механический износ подпружинивающего устройства ведет к повышению эксплуатационных затрат и снижает его надежность. Использование помимо постоянных магнитов электромагнита с изменяющейся полярностью напряжения или дополнительной катушкой значительно усложняет конструкцию и снижает надежность работы клапана. Изменение полярности напряжения на катушке электромагнита или включение дополнительной катушки приводит к уменьшению скорости срабатывания клапана, и как следствие, к снижению эффективности его работы. Введение запорного органа клапана также усложняет конструкцию и ведет к снижению надежности клапана.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является аварийный электромагнитный клапан по патенту РФ №2092738, F16K 31/08, опубл. 10.10.1997, содержащий обмотку электромагнита, охватывающую полый корпус, в полости которого размещены неподвижный полюс и якорь, соединенный с запорным органом, возвратную пружину, постоянный магнит, соединенный с аксиально перемещаемым устройством ручного управления. Постоянный магнит размещен в контакте с концом корпуса электромагнита, расположенным у торца якоря, удаленного от запорного органа, и имеет одинаковую полярность с магнитным потоком, создаваемым при включении электромагнита.
Недостатком данного аварийного электромагнитного клапана является сложность его конструкции, что приводит к снижению надежности его работы, и низкая эффективность работы из-за невозможности регулирования срабатывания клапана в зависимости от давления подаваемой рабочей среды. Кроме того, увеличение или снижение числа витков обмотки электромагнита, силы тока, напряжения, подаваемых на обмотку, может привести лишь к аналоговому изменению его электромеханических параметров, что приводит к снижению скорости срабатывания клапана, а следовательно, и эффективности его работы. Ручное управление работой аварийного электромагнитного клапана подразумевает постоянное присутствие оператора, что также снижает эффективность его работы.
Технические задачи - повышение надежности работы управляемого магнитного клапана за счет упрощения его конструкции, повышение эффективности работы клапана за счет автоматизации управления его рабочим циклом и расширения возможностей регулирования срабатывания клапана в зависимости от давления рабочей среды путем как аналогового, так и дискретного управления.
Решение технических задач достигается тем, что управляемый магнитный клапан, содержащий катушку управления, охватывающую корпус, который имеет каналы подачи и отвода рабочей среды и в полости которого размещены неподвижный полюс с якорем и постоянный магнит, согласно техническому решению снабжен плоской импульсной катушкой и блоком управления, электрически соединенным одним концом с катушкой управления, вторым - с упомянутой плоской импульсной катушкой и третьим - с датчиком давления, размещенным на канале подачи рабочей среды. Неподвижный полюс выполнен в виде магнитопровода с отверстиями для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой управления и через плоскую импульсную катушку - с якорем для запирания или открытия указанных отверстий магнитопровода, причем плоская импульсная катушка закреплена на магнитопроводе под якорем и выполнена с отверстием для рабочей среды, а якорь содержит размещенный по его периметру короткозамкнутый виток из материала с низким электрическим сопротивлением.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить надежность работы управляемого магнитного клапана за счет упрощения его конструкции, т.е. сокращения изнашиваемых и ломающихся в процессе работы элементов конструкции путем выполнения неподвижного полюса в виде магнитопровода с отверстиями для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой управления и через плоскую импульсную катушку - с якорем для запирания и открытия этих отверстий. Также повышается эффективность работы управляемого магнитного клапана за счет автоматизации процесса управления путем введения блока управления. С его помощью регулируется работа клапана при разных давлениях рабочей среды. Оснащение управляемого магнитного клапана плоской импульсной катушкой в сочетании с короткозамкнутым витком из материала с низким электрическим сопротивлением на якоре, размещенным по его периметру, на которую подается дискретный сигнал в заданный момент времени, также повышает эффективность его работы. Коммутативное сочетание аналогового и дискретного сигнала позволяет повысить скорость открытия управляемого магнитного клапана и, как следствие, расширить возможности регулирования его срабатывания. Как известно, сила отрыва якоря с короткозамкнутым витком из материала с высоким электрическим сопротивлением может быть недостаточна для открытия управляемого магнитного клапана, либо может существенно снизить скорость его открытия. Оснащение управляемого магнитного клапана плоской импульсной катушкой, на которую подается мощный токовый импульс, в сочетании с размещенным по периметру якоря короткозамкнутым витком из материала с низким электрическим сопротивлением позволяет создать между якорем и плоской импульсной катушкой наибольший дискретный разряд электрического тока, что соответственно увеличит силу отрыва якоря и повысит скорость открытия управляемого магнитного клапана и, как следствие, повысит эффективность его работы.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конструктивного исполнения управляемого магнитного клапана и чертежом, где показан общий вид клапана в статическом состоянии, стрелки показывают движение рабочей среды.
Управляемый магнитный клапан (далее - клапан) содержит катушку 1 управления, охватывающую корпус 2, имеющий канал 3 подачи и канал 4 отвода рабочей среды. В полости корпуса 2 размещены неподвижный полюс 5 с якорем 6 и постоянный магнит 7. Клапан снабжен плоской импульсной катушкой 8 и блоком 9 управления, электрически соединенным одним концом с катушкой 1 управления, вторым - с плоской импульсной катушкой 8 и третьим - с датчиком 10 давления, размещенным на канале 3 подачи рабочей среды. Неподвижный полюс 5 выполнен в виде магнитопровода с отверстиями 11 для рабочей среды, жестко соединенного с постоянным магнитом 7, установленным с возможностью взаимодействия с катушкой 1 управления и через плоскую импульсную катушку 8 - с якорем 6 для запирания и открытия отверстий 11 магнитопровода. Плоская импульсная катушка 8 закреплена на неподвижном полюсе 5 под якорем 6 и выполнена с отверстием 12 для рабочей среды. Якорь 6 содержит размещенный по его периметру короткозамкнутый виток 13 из материала с низким электрическим сопротивлением.
Клапан работает следующим образом. В исходном состоянии (см. чертеж) клапан закрыт: постоянный магнит 7 притянул якорь 6 к неподвижному полюсу 5 и рабочая среда не имеет возможности попасть через канал 3 подачи рабочей среды, отверстия 11 неподвижного полюса 5, отверстие 12 плоской импульсной катушки 8 в канал 4 отвода рабочей среды. С помощью блока 9 управления на катушку 1 управления подается аналоговый сигнал для ослабления притяжения якоря 6 постоянным магнитом 7 к неподвижному полюсу 5. После подачи аналогового сигнала на катушку 1 управления в заданный момент времени блок 9 управления подает на плоскую импульсную катушку 8 мощный токовый импульс, создающий электромагнитное поле между неподвижным полюсом 5 и якорем 6. Якорь 6, оснащенный короткозамкнутым витком 13 из материала с низким электрическим сопротивлением, резко (дискретно) перемещается вверх. Происходит перепуск рабочей среды в канал 4 отвода рабочей среды. Датчик 10 давления, размещенный на канале 3 подачи рабочей среды, подавая сигнал на блок 9 управления, позволяет четко регулировать давление рабочей среды для срабатывания клапана.
Возможность плавного, аналогового, регулирования блоком 9 управления величиной подаваемого напряжения на катушку 1 управления позволяет изменять силу притяжения якоря 6 к неподвижному полюсу 5 постоянным магнитом 7 и тем самым регулировать работу клапана в самом широком диапазоне давления рабочей среды. Открытие якоря 6 посредством дискретного сигнала от блока 9 управления повышает скорость срабатывания клапана. Таким образом, коммутативное взаимодействие аналогового и дискретного управления клапаном повышает эффективность его работы.