КЛАПАН ПЕРЕЛИВНОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ

Клапан предназначен для установки в объемные гидросистемы различных строительно-дорожных, лесных, сельскохозяйственных и других мобильных машин.
Одним из видов напорных клапанов являются переливные, которые поддерживают постоянное давление жидкости в системе путем непрерывного отвода (слива) части жидкости в бак.
Известен переливной клапан имеющий конусный запорный элемент, степень открытия которого регулируется пружиной (Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы под ред. Башты Т.М., - М: Машиностроение, 1970, с.429-436; Свешников В.Н., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988, - с.117).
При данной компоновке напорного клапана запорный элемент имеет большую массу и линейные размеры, а следовательно, и повышенные силы трения, что влечет за собой повышение к требованиям к геометрических параметров сопрягаемых деталей и увеличению времени срабатывания.
Известен гидравлический предохранительный клапан (А.С. №280138, опубликованное 10.11.1995 г. в бюл. №31) содержащий конусный запорный элемент с полым поршнем, который установлен в полости большого поршня и снабжен пружиной. В корпусе большого поршня выполнено дроссельное отверстие. Предварительное натяжение пружины регулируется с помощью контргайки.
Недостатком такого клапана является то, что диаметр запорного элемента увеличивается в зависимости от увеличения давления потока рабочей жидкости. Это в свою очередь приводит к увеличению габаритных размеров, а значит и увеличению массы клапана. Наличие большого количества сопряженных деталей усложняет его изготовление.
Наиболее близким устройством того же назначения, который принят за прототип, является клапан перепускной (РФ, Патент №2116542, опубликованный 27.07.1998 в бюл. №21) содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло между этими отверстиями, цилиндрическую полость с установленным в ней наружным коническим запорным элементом, выполненным с радиальными отверстиями, и пружину. В расточке запорного элемента установлен внутренний запорный элемент в виде золотника, осевое перемещение которого регулируется дополнительной пружиной.
Недостатком данного клапана является то, что он сложен конструктивно, так как имеет два запорных элемента, регулируемых двумя пружинами или пружинным блоком. Отсутствие возможности регулировки нагрузки пружин усложняет расчет их жесткости.
Дроссельный канал, связывающий заклапанную область с гидролинией управляющего давления, усложняет конструкцию гидросистемы за счет выполнения дополнительных трубопроводов.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является расширение арсенала переливных клапанов путем повышения надежности работы за счет уменьшения резонансных колебаний и времени срабатывания. Это обеспечивает быстрый сброс критического давления при стабильном значении необходимого остаточного давления. К тому же упрощение конструкции приводит к уменьшению габаритов и веса клапана.
Указанная техническая задача решается общим с прототипом наличием запорного элемента в виде стакана с конической и направляющей цилиндрической поверхностями, который имеет возможность осевого перемещения за счет установленной с зазором в его внутренней расточке пружиной, причем она предварительно нагружена посредством регулировочного винта.
Для достижения указанного результата на наружной поверхности запорного элемента выполнены как минимум три лыски с образованием сквозных окон. Это позволяет на начальной стадии открытия клапана производить дросселирование жидкости через щелевые каналы открывающихся окон и далее через зазоры между витками пружины на слив. Благодаря этому снижается запаздывание открытия клапана при внезапном увеличении расхода.
При резком увеличении давления благодаря небольшой массе запорного элемента, а следовательно и малой силе трения, происходит резкое сжатие пружины и жидкости в заклапанной области, которая находится под остаточным давлением. Дросселирование рабочей жидкости через малые зазоры витков пружины, приводит к замедлению движения запорного элемента и быстрому сбросу критического давления через щелевые каналы окон в сливную магистраль.
Наличие в дне запорного элемента осевого дроссельного отверстия служит для перепуска излишков рабочей жидкости при режиме регулирования расхода. Это позволяет производить демпфирование энергии колебаний и тем самым уменьшать резонансные колебания в гидравлической системе.
На фиг.1 - общий вид клапана в сливной секции гидрораспределителя (продольный разрез);
На фиг.2 - сечение А-А (фиг.1);
На фиг.3 - запорный элемент (в трехмерном изображении).
В корпусе 1 сливной секции гидрораспределителя (фиг.1) расположен запорный элемент 2 выполненный в виде стакана с направляющей цилиндрической 3 и конической запорной 4 наружными поверхностями, последняя из которых упирается в кромку седла 5. На наружной поверхности запорного элемента выполнены лыски 6 (фиг.3), с образованием сквозных окон 7 (фиг.1, 3). Длина лысок подбирается из условий жесткости запорного элемента и расстояния от кромки седла 5 до сливного канала 8 (фиг.1, 2). В дне запорного элемента для демпфирования резонансных колебаний выполнено дроссельное отверстие 9, которое соединяет заклапанную область 10 с переливным каналом 11. Для уменьшения массы запорного элемента выполнено глухое отверстие 12. Пружина 13 установлена одним торцем во внутренней расточке 14 запорного элемента с зазором по ее диаметру. Другой конец пружины 13 установлен в расточке пробки 15 и своим торцем упирается в регулировочный винт 16. Герметичность соединения пробки 15 с корпусом 1 обеспечивает уплотнительное кольцо 17.
Переливной регулируемый клапан работает следующим образом.
Перед началом работы нагрузка пружины 13 устанавливается с помощью регулировочного винта 16 на рабочее давление в гидросистеме. В исходном состоянии коническая часть 4 запорного элемента под воздействием пружины 13 плотно контактирует с кромкой седла 5 и клапан находится в закрытом состоянии.
При подаче рабочей жидкости в переливной канал 11, она через дроссельное отверстие 9 поступает в заклапанную полость 10 и, пройдя между витками пружины 13,через окна 7 уходит по сливному каналу 8 в бак. Так как сечение дроссельного отверстия 9 мало, давление в канале 11 продолжает расти до величины необходимой для работы системы управления, а так же до величины достаточной для преодоления усилия пружины 13. Когда давление достигнет необходимой величины, запорный элемент 2 отодвигается, и рабочая жидкость по открывающимся щелевым каналам 18 (фиг.2) уходит в канал 8 и далее на слив. Так как диаметр пружины 13 меньше диаметра внутренней расточки 14, в работе участвуют все щелевые каналы 18.
При уменьшении давления в переливном канале 11 до величины, меньшей значения, необходимого для преодоления суммарного давления пружины и остаточного давления, запорный элемент 2 под воздействием пружины 13 садится на седло 5, обеспечивая разобщение каналов 8 и 11.
При резком увеличении давления в канале 11, запорный элемент 2 в следствии небольшой массы и малых сил трения практически мгновенно открывается, сжимая пружину 13 и рабочую жидкость в заклапанной полости 10, которая находится под остаточным давлением. Рабочая жидкость начинает перетекать между витками пружины, через окна 7
в канал 8 и далее на слив. Так как зазор между витками пружины уменьшается, происходит дросселирование жидкости и замедление движения запорного элемента, причем скорость замедления пропорциональна перемещению запорного элемента. При этом рабочая жидкость продолжает перетекать по щелевым каналам 18 в сливной канал 8, что приводит к быстрому сбросу критического давления в системе.