КЛАПАН ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к средствам управления давлением в гидравлических устройствах.
Известны регуляторы давления, например редукционные клапаны постоянного давления (Башта Т.М. Гидропривод и гидропневматика, М. Машиностроение, 1972, с.103). Этот клапан содержит корпус с каналом подвода давления питания, каналом слива, выходным\ каналом и внутренней расточкой, в которой размещен золотник, изменяющий проходное сечение между каналом подвода давления и выходным каналом. На подвижную часть клапана действует с одной стороны пружина, стремящаяся увеличить проходное сечение, а с другой стороны давление в выходном канале, которое уменьшает проходное сечение. В выходном канале поддерживается стабилизированное давление, величина которого задается силой натяжения пружины. Основным недостатком этого регулятора является невозможность оперативно управлять величиной входного давления.
Наиболее близким по устройству и назначению является клапан с электромагнитным управлением, например клапан типа XRP 044 фирмы Comatrol (www.comatrol.com см. фиг.1), принятый за прототип. Этот клапан (фиг.1) имеет корпус 1 с каналом подвода давления питания 2, каналом слива 3, выходным каналом регулируемого давления 4. В корпусе установлен золотник 5 с образованием торцевых полостей, одна из которых подключена к каналу подвода давления питания и через управляющий клапан с каналом слива. Клапан снабжен возвратным механизмом золотника.
Золотник 5 в зависимости от своего положения соединяет выходной канал регулируемого давления 4 либо с каналом подвода давления питания 2, либо с каналом слива 3. Одна из торцевых полостей постоянно соединена с каналом подвода давления 2 и сообщается со сливом через управляющий клапан 7, усилие на котором задается током управляющего электромагнита 8. Другая торцевая полость соединена каналом 9 с выходным каналом регулируемого давления 4, в ней расположена пружина 6, служащая возвратным механизмом золотника. Положение золотника определяется равновесием действующих на него сил: с одной стороны - давлением, заданным усилием управляющего электромагнита, с другой стороны - давлением, сформированным в выходном канале регулируемого давления и усилием пружины возврата золотника.
К недостаткам известной конструкции можно отнести невозможность реализовать на выходе полное давление питания из-за влияния возвратной пружины и равенства торцевых площадей золотника. С одной стороны на золотник действует усилие, равное давлению управления, умноженное на площадь торца золотника. Максимальное давление управления при этом может быть равным давлению питания. На противоположный торец золотника действует усилие, равное произведению выходного давления регулирования на площадь торца золотника и усилие возвратной пружины. Поэтому выходное давление регулирования всегда меньше давления питания, что снижает коэффициент полезного действия (КПД) системы гидроуправления, например, в системах управления фрикционами коробок передач и тормозов.
Задачей полезной модели является повышение КПД системы гидроуправления путем обеспечения полного давления питания на выходе из клапана, достигаемого после плавного регулирования.
Указанный технический результат достигается тем, что в клапане для управления давлением в гидравлических устройствах, содержащем корпус с каналом подвода давления питания, каналом слива, выходным каналом регулируемого давления, золотник, установленный в корпусе с образованием торцевых полостей, одна из которых подключена к каналу подвода давления питания и через управляющий клапан с каналом слива, возвратный механизм золотника в виде пружины сжатия, последний дополнительно снабжен гидроцилиндром, образованным выполненной в золотнике полостью и размещенным в ней с возможностью взаимодействия с торцем корпуса плунжером, при этом полость в золотнике сообщена с выходным каналом регулируемого давления, вторая торцевая полость клапана соединена с каналом слива постоянно. Кроме того, пружина сжатия установлена между плунжером и золотником в полости последнего.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.2 изображен клапан для управления давлением;
- на фиг.3 - график зависимости выходного давления от управляющего сигнала.
Клапан (фиг.2) содержит корпус 1 с каналом подвода давления питания 2, каналом слива 3 и выходным каналом регулируемого давления 4. В корпусе 1 размещен золотник 5 с образованием торцевых полостей 6 и 7. Полость 6 подключена к каналу подвода давления питания 2, имеющему дроссель 8, и через управляющий клапан 9 с электромагнитом 10 к каналу слива 3. Золотник 5 снабжен возвратным механизмом 11 в виде гидроцилиндра, представляющего собой размещенный в выполненной со стороны торцевой полости 7 в золотнике 5 полости 11 плунжер 12. Полость 11 соединена отверстием 13 в золотнике 5 с выходным каналом регулируемого давления 4. Плунжер 12 одним концом контактирует с торцем корпуса 1, а другим - с пружиной сжатия 14, которая в свою очередь опирается на золотник 5. Торцевая полость 7 соединена с каналом слива 3.
Клапан работает следующим образом. При отсутствии тока в обмотке электромагнита 10, клапан 9 свободно сообщает полость 6 с каналом слива 3, и давление в ней близко к давлению слива, так как падение давления на дросселе 8 практически равно давлению питания. В торцевой полости 7 давление также близко давлению слива. Под действием пружины 14 золотник 5 перемещается в крайнее левое положение (фиг.2), соединяя выходной канал 4 с каналом слива 3. Канал подвода давления питания 2 изолирован золотником 5 от выходного канала 4. Давление в гидроцилиндре фрикциона (на фиг.2 не показан) близко к нулю. При подаче тока в обмотку электромагнита 10, на клапан 9 действует усилие, определяемое величиной тока, уменьшается поток жидкости через дроссель 8, и в полости 6 устанавливается давление, пропорциональное созданному электромагнитом 10 усилию. Когда усилие на золотнике 5, создаваемое давлением в полости 6, превысит усилие пружины 14, золотник 5 смещается вправо, открывая путь жидкости из канала подвода давления питания 2 в выходной канал 4. Давление в выходном канале 4 через отверстие 13 в золотнике 5 передается в полость 11 гидроцилиндра. Золотник 5 займет такое положение, при котором усилия, действующие на него справа и слева, уравновесятся. Давление в выходном канале 4 при этом определяется величиной тока электромагнита 10, усилием пружины 15 и соотношением площадей левого торца золотника 5 и торца плунжера 12. Поскольку площадь левого торца золотника 5 больше, чем площадь торца плунжера 10, то при определенных соотношениях этих площадей и величине усилия пружины 15 давление в выходном канале 4 будет равным давлению питания. При дальнейшем увеличении тока электромагнита 10 и, соответственно, увеличении давления в полости 6, равновесие сил, действующих на золотник 5, будет нарушено, и золотник 5 переместится в крайнее правое положение, обеспечивая надежное соединение выходного канала 4 с каналом подвода давления питания 2 и подачу полного давления питания в гидроцилиндр фрикциона.
График зависимости давления в выходном канале 5 от величины тока электромагнита 10 показан на фиг.3. Характеристика имеет участки - зону нечувствительности ОА, участок плавного регулирования давления АВ и участок насыщения ВС, на котором давление в выходном канале 4 не зависит от величины тока электромагнита 10 и равно давлению питания. Протяженность участка АВ определяется соотношением площадей левого торца золотника 5, торца плунжера 12 и усилием пружины 14.
Применение предлагаемого устройства позволяет реализовать на выходе полное давление питания и снизить величину давления питания при сохранении давления на выходе без изменения, что приведет к повышению коэффициента полезного действия гидравлической системы.