ТРЕХХОДОВОЙ ДИСКОВЫЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ КРАН "ТРС"

Полезная модель относится к многовходовым кранам, управляемым одним элементом, и может быть использована в пневматических системах высокого давления, в частности, для управления системой разгрузки вагонов хоппер-дозаторов.
Известен трехходовой распределитель подачи сжатого воздуха, содержащий литой корпус, в котором установлен с зазором запорный орган, состоящий из плунжера и цилиндрического подпятника. В подплунжерной полости размещена пружина, которая прижимает плунжер к крышке. Поворот плунжера осуществляют шпинделем (СССР, а.с. 467202, F16K 11/00, 15.04.75.).
Недостаток известного распределителя состоит в сложности изготовления и в сложности технического обслуживания.
Более простым конструктивно является наиболее близкий к предлагаемому трехходовой дисковый пневматический кран описанный в технологической документации предприятия ООО «Транс Ремонт Сервис». Известный трехходовой дисковый пневматический кран включает корпус, крышку корпуса с прижимной пружиной, жестко соединенную с корпусом резьбовым соединением; переключающий клапан, размещенный между прижимной пружиной и корпусом и разъемно соединенный с возможностью принудительного поворота на 90° вокруг оси корпуса с переключателем клапана, размещенным по осевой в корпусе. Со стороны крышки в корпусе по окружности, центр которой совпадает с осевой корпуса, радиально через 90° выполнены сквозные изогнутые под прямым углом цилиндрические каналы входной, рабочие первый и второй, и осевой канал для стравливания воздуха, горизонтальные осевые которых параллельны осевой корпуса. Входной
канал расположен между рабочими каналами. Горизонтальные осевые всех каналов находятся на выше упомянутой окружности. Переключающий клапан представляет из себя диск, в теле которого в накрест лежащих секторах, равных 90°, выполнены идентичные протяженные фигурные выемки, длинные противоположные стороны которых образованы отстоящими друг от друга дугами окружностей с центром, совпадающим с центром диска, и находятся на расстоянии, превышающем диаметр выполненного в корпусе крана цилиндрического канала с максимальным значением, а боковые стороны скруглены радиусом того же канала. Радиус окружности, соответствующий серединной дуге выемок, совпадает с радиусом окружности, на которой находятся осевые цилиндрических каналов, выполненных в корпусе. В каждой из выемок длина серединной дуги превышает 90° на радиус округления. В центре диска по осевой выполнена уходящая в тело диска двухступенчатая выемка. Первая выемка имеет форму круга с диаметром, превышающим диаметр сквозного цилиндрического отверстия, выполненного по осевой корпуса. Вторая выемка имеет форму эллипса, вписанного в круг первой выемки, большая ось которого совпадает с горизонтальной осью диска. Переключатель клапана представляет из себя цилиндрический стержень, который выполнен с возможность поворота в осевом отверстии корпуса и рабочий конец которого снабжен ступенчатым буртиком, форма которого конгруэнтна форме двухступенчатой выемки, выполненной в центре диска клапана. Хвостовик переключателя выполнен с возможностью приведения его во вращательное движение. Корпус крана и крышка выполнены цельнолитыми из чугуна. Переключатель клапана выполнен из стали, а переключающий клапан выполнен из бронзы. Корпус крана снабжен отверстиями для возможности смазки трущихся поверхностей.
Недостаток известного трехходового дискового пневматического крана состоит в сложности изготовления и в сложности технического обслуживания. Сложность изготовления объясняется тем, что корпус и крышка крана выполняются методом литья из чугуна, что уже само по себе является сложным технологическим процессом. Выполнение переключателя положения клапана из стали, а переключающего клапана - из бронзы требует точных высококвалифицированных токарных и фрезерных работ. Сложность технического обслуживания объясняется, во-первых, необходимостью периодической смазки поверхностей вращающихся узлов крана для уменьшения сил трения. Во-вторых, узлы крана выполнены из металлов, которые подвержены коррозии. В результате, в лучшем случае ремонт крана сводится к замене или переключателя положения клапана, или переключающего клапана, а при коррозионном износе корпуса кран вообще неремонтопригоден.
Таким образом, выявленные в результате патентного поиска трехходовые дисковые пневматические краны, аналог и наиболее близкий предлагаемому, при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в сложности изготовления и в сложности технического обслуживания.
Предлагаемая полезная модель решает задачу создания трехходового дискового пневматического крана, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в упрощении изготовления крана, в упрощении технического обслуживания, а так же в расширении арсенала средств для изготовления трехходовых дисковых пневматических кранов.
Сущность полезной модели заключается в том, что в трехходовом дисковом пневматическом кране, включающем корпус, крышку корпуса с прижимной пружиной, жестко соединенную с корпусом резьбовым соединением, переключающий клапан, размещенный между прижимной
пружиной и корпусом и прижатый к корпусу с возможностью поворота и разъемно соединенный с возможностью принудительного поворота вокруг оси корпуса на 90° с рабочим концом переключателя клапана, размещенным в осевом цилиндрическом отверстии корпуса, при этом со стороны крышки в корпусе по окружности, центр которой совпадает с осевой корпуса, радиально через 90° выполнены сквозные цилиндрические каналы, изогнутые под углом 90° к осевой корпуса, входной и рабочие первый и второй, и сквозной цилиндрический канал для стравливания воздуха, осевая которого параллельна осевой корпуса, при этом входной канал расположен между рабочими каналами, при чем горизонтальные осевые всех каналов находятся на выше упомянутой окружности, при этом переключающий клапан представляет из себя диск, осевая которого совпадет с осевой корпуса, кроме того, в теле диска в накрест лежащих секторах, выполнены идентичные протяженные фигурные выемки, симметричные относительно вертикальной оси диска, длинные противоположные стороны которых образованы дугами окружностей длиной 90°, с центром, совпадающим с центром диска, разность радиусов которых равна диаметру выполненного в корпусе крана цилиндрического канала, который является максимальным, по сравнению с диаметрами оставшихся каналов, при этом боковые стороны выемок скруглены радиусом, равным половине расстояния между дугами таким образом, что в каждой из выемок длина серединной дуги превышает 90° на радиус округления, при этом радиус окружности, соответствующий серединной дуге выемок, совпадает с радиусом окружности, на которой находятся осевые цилиндрических каналов, выполненных в корпусе, кроме того, в центре диска по осевой выполнена уходящая в тело диска двухступенчатая выемка, при чем первая выемка имеет форму круга с диаметром, превышающим диаметр сквозного цилиндрического отверстия, выполненного по осевой корпуса, а вторая
выемка имеет форму эллипса, вписанного в круг первой выемки, большая ось которого совпадает с горизонтальной осью диска, при этом переключатель клапана представляет из себя цилиндрический стержень, который выполнен с возможность поворота в осевом отверстии корпуса и рабочий конец которого снабжен ступенчатым буртиком, форма которого конгруэнтна форме двухступенчатой выемки, выполненной в центре диска клапана, а хвостовик переключателя выполнен с возможностью приведения его во вращательное движение, новым является то, что корпус крана, крышка и переключатель положения клапана выполнены из капролона, а переключающий клапан выполнен из графитированного капролона.
Технический результат достигается следующим образом. Существенные признаки: трехходовой дисковый пневматический кран, включающий корпус, крышку корпуса, переключающий клапан, переключатель клапана, сквозные цилиндрические каналы, изогнутые под углом 90° к осевой корпуса, входной и рабочие первый и второй, и сквозной цилиндрический канал для стравливания воздуха, осевая которого параллельна осевой корпуса, - являются основными узлами крана и обеспечивают его работоспособность, а, следовательно, и достижение технического результата.
Благодаря резьбовому соединению крышки с корпусом обеспечивается герметичность крана. Наличие прижимной пружины и размещение переключающего клапана между прижимной пружиной и корпусом, а так же изготовление корпуса и крышки из одного и того же материала «капролон», обладающего антифрикционными свойствами, что позволяет плотно по всей резьбе прикрутить крышку к корпусу, обеспечивает плотный прижим переключающего клапана к поверхности корпуса, что исключает утечку рабочей среды через клапан, а, следовательно, упрощает техническое обслуживание крана. Кроме того,
выполнение крышки корпуса и корпуса из «капролона», обладающего антифрикционными свойствами, облегчает накручивание крышки на корпус, что позволяет в некоторых случая обойтись даже без специального ключа, что упрощает техническое обслуживание крана. Разъемное резьбовое соединение крышки крана с корпусом и разъемное соединение переключающего клапана с его переключателем так же упрощает техническое обслуживание крана, так как позволяет производить раздельную замену этих узлов, что так же упрощает и изготовление крана.
Выполнение входного канала и рабочих каналов первого и второго сквозными цилиндрическими, изогнутыми под углом 90° к осевой корпуса, и выполнение канала для стравливания воздуха сквозным цилиндрическим не требует при эксплуатации крана применения специальных входных и выходных патрубков, что снижает вероятность протечки рабочей среды и упрощает техническое обслуживание крана.
Выполнение всех каналов в корпусе крана радиально через 90° по окружности, центр которой совпадает с осевой корпуса, при чем горизонтальные осевые всех каналов находятся на выше упомянутой окружности, позволяет применить в конструкции крана дисковый переключающий клапан, что упрощает изготовление крана и, в дальнейшем, упрощает техническое обслуживание. При этом, возможность поворота клапана обеспечивается благодаря тому, что в центре диска по осевой выполнена уходящая в тело диска двухступенчатая выемка, а рабочий конец переключателя снабжен ступенчатым буртиком, форма которого конгруэнтна форме двухступенчатой выемки, выполненной в центре диска клапана, что обеспечивает разъемное соединение переключающего клапана с переключателем. Поскольку первая выемка в диске имеет форму круга с диаметром, превышающим диаметр сквозного цилиндрического
отверстия, выполненного по осевой корпуса, а вторая выемка имеет форму эллипса, вписанного в круг первой выемки, большая ось которого совпадает с горизонтальной осью диска, обеспечивается возможность разъемной жесткой фиксации переключателя в теле диска клапана и одновременно обеспечивается соединение клапана с переключателем с возможностью принудительного поворота клапана вокруг оси корпуса. Переключатель клапана представляет из себя цилиндрический стержень, выполненный с возможностью поворота в осевом цилиндрическом отверстии корпуса, что и обеспечивает размещение переключателя клапана в цилиндрическом осевом отверстии в корпусе крана с возможностью поворота. Хвостовик переключателя выполнен с возможностью приведения переключателя во вращательное движение. В результате, выше перечисленные существенные признаки в совокупности позволяют просто изменяя положение диска клапана изменять направление подачи сжатого воздуха через входной канал в первый или во второй рабочий каналы, при одновременном стравливании отработанного воздуха соответственно из второго или первого рабочих каналов, что упрощает конструкцию крана, упрощает его изготовление и техническое обслуживание.
При этом перепуск сжатого воздуха осуществляется благодаря сформированным в теле диска клапана камерам для приема и передачи сжатого воздуха в один из рабочих каналов, и для стравливания отработанного сжатого воздуха из соответствующего рабочего канала. Формирование камер для перепуска сжатого воздуха обеспечивается благодаря тому, что переключающий клапан представляет из себя диск, осевая которого совпадет с осевой корпуса, кроме того, в теле диска в накрест лежащих секторах, выполнены идентичные протяженные фигурные выемки, симметричные относительно вертикальной оси диска, длинные противоположные стороны которых образованы дугами
окружностей длиной 90°, с центром, совпадающим с центром диска, разность радиусов которых равна диаметру выполненного в корпусе крана цилиндрического канала, который является максимальным, по сравнению с диаметрами остальных каналов, при этом боковые стороны выемок скруглены радиусом, равным половине расстояния между дугами таким образом, что в каждой из выемок длина серединной дуги превышает 90° на радиус округления, при чем радиус окружности, соответствующий серединной дуге выемок, совпадает с радиусом окружности, на которой находятся осевые цилиндрических каналов, выполненных в корпусе. При этом переключающий клапан плотно прижат к корпусу с возможностью поворота, что обеспечивается прижимной пружиной и антифрикционными свойствами материалов «капролон» и «графитированный капролон», из которого изготовлены корпус и клапан соответственно, а так же улучшенными антифрикционными свойствами «графитированного капролона», что обеспечивает возможность поворота клапана при сохранении плотности прижима. Благодаря предлагаемому выбору расстояния между сторонами камер для приема сжатого воздуха в диске, а так же тому, что в каждой из выемок длина серединной дуги превышает 90° на радиус скругления боковых сторон, сформированные таким образом камеры перекрывают соединяемые ими каналы, а обеспечиваемая плотность прижима пружиной в крышке корпуса и силами сцепления материала корпуса крана и клапана минимизирует вероятность утечки рабочей среды через клапан, что в совокупности упрощает техническое обслуживание крана и упрощает его изготовление.
Кроме того, выполнение всех каналов в корпусе крана радиально через 90°, а так же соединение клапана с возможностью принудительного поворота вокруг оси корпуса на 90° с рабочим концом переключателя клапана обеспечивают поочередное соединение первого канала с
входным, а второго рабочего канала с каналом для стравливания воздуха и наоборот простым поворотом клапана на 90° в ту или иную сторону, что упрощает конструкцию крана, упрощает его изготовление и техническое обслуживание.
В предлагаемом техническом решении корпус крана, крышка и переключатель клапана выполнены из капролона, а переключающий клапан выполнен из графитированного капролона. Капролон (или полиамид 6 блочный) является многофункциональным конструкционным материалом антифрикционного назначения и выпускается по ТУ 6-05-988-87, имеет низкий коэффициент трения в паре с любым металлом, в 6-7 раз легче бронзы и стали; рабочий диапазон температур от -50°С до +250°С; химически стоек, экологически чист, имеет санитарный сертификат на контакт с водой.
Графитированный капролон (композиция) имеет улучшенные антифрикционные характеристики. Изготавливается по ТУ 6-06-38-89.
Использование для изготовления крана капролона упрощает как изготовление, так и техническое обслуживание предлагаемого крана. Упрощение изготовления объясняется тем, что, благодаря использованию пластического материла, упрощается технология изготовления всех основных узлов крана: корпус, крышка крана, переключающий клапан и переключатель клапана. Так отливку из чугуна корпуса и крышки крана заменяют на изготовление с помощью пресформ, что не только упрощает изготовление крана, но и значительно удешевляет его. С помощью пресформы может быть изготовлен и переключающий клапан. Упрощается так же и изготовление переключателя клапана на токарном станке. Применение капролона упрощает и техническое обслуживание заявленного трехходового пневматического крана. Это объясняется, во-первых, отсутствием необходимости периодической смазки поверхностей вращающихся узлов
крана для уменьшения сил трения, так как сам материал имеет антифрикционное назначение. Отсутствие необходимости в смазке трущихся поверхностей упрощает корпус крана, а, следовательно, его изготовление, так как исключает необходимость в специальных дополнительных отверстиях в корпусе. Кроме того, переключающий клапан выполнен из графитированного капролона, который обладает улучшенными антифрикционными характеристиками, что так же исключает необходимость в смазке и упрощает техническое обслуживание крана.. Во-вторых, в предлагаемом решении узлы крана выполнены из материала, который не подвержен коррозии. В результате повышается износостойкость корпуса крана, а ремонт крана выполняют только в случае заметных протечек рабочей среды. При этом ремонт сводится к замене или переключателя клапана, или переключающего клапана.
Использование капролона и графитированного капролона для изготовления трехходовых дисковых пневматических кранов, работающих в условиях повышенного давления сжатого воздуха, ранее не известно и применено авторами впервые. Изготовленный по заявленной полезной модели кран успешно применен в магистрали с давлением воздуха в 6 атмосфер. Это подтверждает возможность расширения арсенала средств для изготовления трехходовых дисковых пневматических кранов.
Таким образом, из выше изложенного следует, что заявленный трехходовой дисковый пневматический кран при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении изготовления крана, в упрощении технического обслуживания, а так же в расширении арсенала средств для изготовления трехходовых дисковых пневматических кранов.
На фиг.1 изображен общий вид трехходового дискового пневматического крана (положение переключающего клапана нейтральное); на фиг.2 - корпус крана: вид спереди и вертикальный разрез; на фиг.3 - переключающий клапан: вид спереди, горизонтальный и вертикальный разрезы; на фиг.4 - переключатель клапана: вид спереди, сверху, слева и справа.
Трехходовой дисковый пневматический кран, включает корпус 1, крышку 2 корпуса с прижимной пружиной (не показана), жестко соединенную с корпусом резьбовым соединением; переключающий клапан 3, размещенный между прижимной пружиной и корпусом 1, плотно прижатый к корпусу с возможностью поворота, и разъемно соединенный с возможностью принудительного поворота вокруг оси корпуса на 90° с рабочим концом 4 переключателя 5 клапана, размещенным в сквозном осевом отверстии 6 корпуса 1.
Со стороны крышки 2 в корпусе 1 по окружности, центр которой совпадает с осевой корпуса 1, радиально через 90° выполнены сквозные цилиндрические каналы, изогнутые под углом 90° к осевой корпуса 1: входной 7 и рабочие первый 8 и второй 9, и сквозной цилиндрический канал 10 для стравливания воздуха, осевая которого параллельна осевой корпуса. При этом входной канал 7 расположен между рабочими каналами 8 и 9. Горизонтальные осевые всех каналов находятся на выше упомянутой окружности 11.
1
2
Переключающий клапан представляет из себя диск, осевая которого совпадет с осевой корпуса 1. В теле диска в накрест лежащих секторах выполнены идентичные протяженные фигурные выемки 12 и 12, симметричные относительно вертикальной оси диска, длинные противоположные стороны которых образованы дугами 13, 14 окружностей длиной 90°, с центром, совпадающим с центром диска. Разность радиусов дуг 13 и 14 равна диаметру выполненного в корпусе
1
2
1
2
крана цилиндрического канала (или 7, 8, 9, 10) который является максимальным, по сравнению с диаметрами остальных каналов (в примере выполнения входной 7 и рабочие каналы 8, 9 имеют одинаковые диаметры). Боковые стороны выемок 12 и 12 скруглены радиусом, равным половине расстояния между дугами таким образом, что в каждой из выемок длина серединной дуги 15 превышает 90° на радиус скругления. Радиус окружности, соответствующий серединной дуге 15 выемок 12 и 12 совпадает с радиусом окружности, на которой находятся горизонтальные осевые цилиндрических каналов с 7 по 10, выполненных в корпусе 1. Кроме того, в центре диска клапана 3 по осевой выполнена уходящая в тело диска двухступенчатая выемка 16. Первая выемка 17 имеет форму круга с диаметром, превышающим диаметр сквозного цилиндрического отверстия 6, выполненного по осевой корпуса, а вторая 18 выемка имеет форму эллипса, вписанного в круг первой выемки 17, большая ось которого совпадает с горизонтальной осью диска клапана 3.
Переключатель 5 положения клапана 3 представляет из себя цилиндрический стержень, который выполнен с возможность поворота в осевом отверстии корпуса 1. Рабочий конец 4 переключателя снабжен ступенчатым буртиком, форма которого конгруэнтна форме двухступенчатой выемки 16, выполненной в центре диска клапана 3. Хвостовик 19 переключателя 5 выполнен под вентиль (фиг.4, вид слева) с возможностью приведения диска клапана 3 во вращательное движение.
Корпус крана 1, крышка 2 и переключатель 5 положения клапана 3 выполнены из капролона (ТУ 6-05-988-87), а переключающий клапан 3 выполнен из графитированного капролона (ТУ 6-06-38-89).
Ступенчатый буртик рабочего конца 4 переключателя 5 имеет круговую ступеньку 20, из которой выступает вторая ступенька 21 в форме эллипса. Основание эллипса вписано в окружность первой
ступеньки 20 таким образом, что его большая ось совпадает с диаметром круговой ступеньки 20.
В примере выполнения трехходового дискового пневматического крана (фиг.2) для надежного соединения переключателя положения 5 с диском клапана 3 в корпусе диска клапана 3 для круговой ступеньки 20 рабочего конца 4 переключателя 5 выполнена канавка 22, диаметром, равным выемке 17 в теле диска клапана 3. При этом толщину круговой ступеньки 20 увеличивают на глубину канавки для сохранения конгруэнтности рабочего конца 4 переключателя 5 форме двухступенчатой выемки 16, выполненной в центре диска клапана 3.
Каналы с 7 по 10, выполненные в корпусе 1 крана, могут иметь отличный друг от друга диаметр. Обычно канал 10 для стравливания воздуха выполняют с диаметром, меньше диаметров рабочих каналов. Это позволяет выполнить плавный выпуск отработанного сжатого воздуха через соответствующий рабочий канал, предохранив от пневмоударов обслуживаемое оборудование.
Трехходовой дисковый пневматический кран собирают следующим образом. В осевое цилиндрическое отверстие 6 в корпусе 1 крана со стороны входа рабочих каналов 8, 9 и канала 10 вставляют хвостовиком 19 вперед переключатель клапана 5 и продвигают его вдоль отверстия до фиксации в канавке 22. Затем, на рабочий конец переключателя 5 надевают диск клапана 3, совмещая их конгруэнтные части. После чего в крышку 2 корпуса 1 крана вставляют прижимную пружину (не показана) и накручивают крышку 2 на корпус 1 крана. Для снижения вероятности утечек рабочей среды между корпусом 1 и крышкой 2 прокладывают уплотнительное кольцо, выполненное из эластичного материала (не показано).
Заявленный трехходовой дисковый пневматический кран работает следующим образом. В нейтральном положении совпадают
1
горизонтальные оси диска клапана 3 и окружности, центр которой совпадает с осевой корпуса 1 и по которой радиально через 90° выполнены цилиндрические каналы с 7 по 10. При этом рабочие каналы 8, 9 и каналы 7 (входной), 10 (для стравливания воздуха) разобщены. Для приведения крана в рабочее положение, например для подачи сжатого воздуха в первый рабочий канал 8, переключатель 5 поворачивают на 45° в влево (фиг.2 и фиг.3). В результате, первый рабочий канал 8 через выемку 12 в диске клапана 3 соединяется со входным каналом 7, в который поступает сжатый воздух. В этом случае подача сжатого воздуха максимальна, так как каналы 7 и 8 полностью открыты. Для стравливания воздуха из канала 8 диск клапана 3 поворачивают переключателем положения клапана в противоположную сторону на 90°. В этом положении клапана канал 8 соединяется с каналом 10 для стравливания воздуха, а канал 9 соединяется со входным каналом 7. В результате одновременно осуществляется подача сжатого воздуха во второй рабочий канал 9. Таким образом, обеспечивается поочередная подача сжатого воздуха в рабочие каналы и поочередное его стравливание из них. В случае автоматического управления краном поворот переключателя на 90° задается устройством управления. В случае управления краном вручную на хвостовике 19 переключателя 5 могут быть предусмотрены фиксаторы крайних положений переключателя 5, обеспечивающих возможность поворота диска клапана 3 на 90°, которые устанавливаются под шплинт в отверстие 22.