Редукционный клапан с пониженным управляющим усилием
EXPANSION VALVE WITH REDUCED CONTROL FORCE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам управления торможением самолетов, и предназначено для использования в объектах авиационной техники.
Широко известен редукционный клапан, содержащий установленные в корпусе входной шток, редукционную пружину, гильзу, золотник, клапан выпуска и возвратные пружины золотника и клапана выпуска (например, И.И. Зверев, С.С. Коконин - "Проектирование авиационных колес и тормозных систем", Москва, "Машиностроение", 1973, стр. 160, рис. 10.6).
При использовании известного редукционного клапана в системах торможения колес самолета в качестве исполнительного устройства входной шток клапана кинематически связан с тормозной гашеткой. Для создания на выходе редукционного клапана требуемого тормозного давления к его входному штоку и связанной с ним гашетке оператору для управления торможением самолета на послепосадочном пробеге требуется прилагать значительные физические усилия на грани допустимых требований по эргономике, что затрудняет выполнение существенных функций управления движением самолета по взлетно-посадочной полосе особенно в критических ситуациях. Указанный недостаток известного редукционного клапана в конечном итоге снижает эксплуатационную надежность самолета.
Положительный результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемого технического решения, выражается в значительном снижении усилий, прилагаемых ко входному штоку клапана для создания требуемых значений тормозного давления на выходе клапана, что улучшает эргономические характеристики выполнения оператором существенных функций управления движением самолета по взлетно-посадочной полосе.
Указанный результат достигается тем, что входной шток выполнен в виде поршня, помещенного в цилиндрическую полость корпуса, гидравлически связанную с выходной магистралью редукционного клапана, причем подаваемое в полость давление действует на входной шток в сторону прилагаемого к нему усилия.
Благодаря воздействию давления, подаваемого с выхода клапана в полость со входным штоком, выполненным в виде поршня, значительно снижается усилие, которое необходимо прилагать к штоку для создания на выходе клапана требуемого тормозного давления, что, в конечном итоге, повышает эксплуатационную надежность самолета.
На чертеже представлена принципиальная гидравлическая схема редукционного клапана.
В корпусе (1) размещены гильза (2) с золотником (3), поджатым возвратной пружиной (4). Входной шток (5) с поршнем (5.1) через редукционную пружину (6) действует на клапан выпуска (7), поджатый возвратной пружиной (8).
К впускной полости (1.1) клапана подводится от гидросистемы самолета рабочая жидкость под давлением нагнетания, сливная полость (1.2) сообщается с баком гидросистемы, а выходная полость (1.3) соединяется с тормозами колес.
Для создания требуемого тормозного давления оператор, нажимая тормозную гашетку, через кинематическую связь воздействует с усилием на входной шток (5) редукционного клапана, сжимая редукционную пружину 6), а также возвратные пружины золотника (4) и клапана выпуска (8). При этом редукционная пружина (6) через клапан выпуска (7) перемещает золотник (3), открывая проходное сечение между конусом золотника (3) и отсечной кромкой гильзы (2) для подачи рабочей жидкости из полости (1.1) в полость (1.3) клапана. При этом давление из полости (1.1) подается также в дополнительную полость (1.4), создавая усилие на поршень (5.1), в результате чего снижается усилие на входном штоке (5).
т
После окончания переходного процесса на выходе клапана устанавливается тормозное давление (Р), пропорциональное усилию, прилагаемому к редукционной пружине, которое определяется (без учета сил трения) из уравнения равновесия сил:
где
6
F - усилие, прилагаемое к редукционной пружине;
т
Р - тормозное давление на выходе клапана;
- площадь сечения золотника диаметром Dz;
4
F - усилие возвратной пружины золотника;
8
F - усилие возвратной пружины клапана выпуска.
При этом усилие, прилагаемое к редукционной пружине:
где
ш
F - внешнее усилие, прилагаемое к входному штоку;
- эффективная площадь поршня диаметром D, установленного на штоке диаметром d.
Таким образом, из выражений (Ф1) и (Ф2) внешнее усилие, прилагаемое к входному штоку для создания на выходе клапана заданного тормозного давления, определяется выражением:
т
п
п
За счет члена (P⋅S) в выражении (Ф3) внешнее управляющее усилие, прилагаемое к входному штоку, снижается при увеличении эффективной площади поршня (S).
п
з
Степень снижения усилия увеличивается при увеличении соотношения (S/S). При этом для обеспечения работоспособности редукционного клапана указанное соотношение не должно превышать значения 0,9.
Таким образом, предлагаемая схема редукционного клапана позволяет значительно снизить внешнее управляющее усилие на входном штоке, что обеспечивает комфортность оператору при управлении торможением самолета в процессе послепосадочного пробега.